麻省理工学院和密歇根大学的研究人员发现了一种新的方法来刺激化学反应，从而可以生产出具有宝贵药物特性的各种化合物。
氮杂环的化合物以包含氮的四元环为特征。与许多FDA批准的药物中存在的五元氮含量环不同，氮杂环的合成历史上一直具有挑战性。
通过利用光催化剂来推动反应，研究人员能够利用他们开发的计算模型预测能够相互作用形成氮杂环的化合物。
麻省理工学院的副教授希瑟·库利克提到，这种新方法通过预筛选化合物来确定哪些底物能够有效反应，从而避免了反复试错。
库利克和密歇根大学的科琳娜·辛德勒共同领导了发表在《科学》杂志上的这项研究，艾米莉·韦林是主要作者。其他贡献者包括密歇根大学的叶宇成和塞伦·帕里克，麻省理工学院的吉安马尔科·特罗内斯，以及麻省理工学院的伊利亚·凯夫里什维利。
光驱动合成
自然产生的分子如维生素、酶和激素由五元氮含量环组成，被称为氮杂环，广泛存在于许多FDA批准的药物中。与这些不同，四元氮杂环（氮杂环）在自然界中并不常见，但作为药物化合物具有巨大潜力。
辛德勒的实验室一直在研究使用光来驱动反应，结合烯烃和肟合成氮杂环。这个过程需要一个可以吸收光并将能量传递给反应以便进行的光催化剂。
库利克解释说，通过将能量转移给分子，催化剂使其进入激发态，从而增加了它们的反应性，启用本来可能不会发生的反应。
使用光催化剂的反应成功取决于反应物之间的前沿轨道能量匹配。通过使用密度泛函理论计算最外层电子的轨道能量，库利克及其团队能够预测哪些反应物在光催化条件下可能形成氮杂环。
计算模型准确预测了18对烯烃和肟的反应形成氮杂环，这一结果基于对16种烯烃和9种肟计算的前沿轨道能量。
研究还考虑了肟中碳原子的可用性，以参与反应，从而影响反应的总体产量。
库利克强调，这种计算方法为氮杂环合成提供了更广泛的潜在底物选择，提高了以前被认为具有挑战性的反应的可达性。
研究人员实验测试了18个反应，确认了大部分预测的准确性。合成的化合物中包括FDA批准药物的变体，如阿莫沙平和吲哚美辛。
这种方法可以帮助制药公司预测能够反应形成有价值化合物的分子，从而节省无效合成尝试的资源。库利克和辛德勒继续在氮杂环之外的创新合成方面进行合作。
库利克认为，使用光催化剂来激发底物将继续在合成具有挑战性的分子中发挥关键作用，显著扩展其应用。
