IBS成功利用光催化合成含氮环状化合物
利用光来最大限度减少环境污染和能源使用、以环保方式制备医药品主要原料的新型工艺技术已经被开发出来。
基础科学研究院（IBS）10日表示，由分子活性催化反应研究团副研究团长、韩国科学技术院化学系教授 Hong Seungwoo 带领的研究团队，提出了一种利用光催化剂合成含氮杂环化合物的新型化学反应，并成功将作为药物主要骨架的“内酰胺”和“吡啶”同时引入同一分子之中。
“含氮杂环化合物”是药用化合物的主要组成部分。它是一种在环状结构的碳原子之间夹杂氮原子的结构，在此基础上再接入各种官能团以合成药物。美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物中，超过60%都含有含氮杂环化合物结构。正因为如此，与发现新药候选物质同样重要的，是开发出能够更容易合成含氮杂环化合物的策略。
研究团队全新提出了一种策略，即将稳定的有机分子转变为不稳定的三重态（triplet state），从而合成有用物质。首先，研究团队通过计算化学预测，附着有酰胺基团的吡啶鎓盐可以具有三重态能量。三重态是分子中自旋朝同一方向排列的状态，极不稳定，在自然界中难以发现。如果能在室温下实现三重态状态，就可以将其应用于此前从未出现过的新型化学反应。随后，研究团队通过实际实验成功将吡啶鎓盐转变为三重态。研究人员利用光催化剂，使吡啶鎓盐在接受光能后转变为三重态。
第一作者研究员 Lee Wooseok 表示：“我们通过计算化学预测和实验验证，报道了一种名为‘三重态能量传递’的新型化学反应机制。与以往必须加入会引发环境污染的试剂的合成方法不同，该方法利用可见光，因此更加环保。”
更进一步，研究团队首次证明，可以在同一分子上选择性地同时生成吡啶和内酰胺。以往若要同时引入吡啶和内酰胺，需要使用不同原料并经历多步化学反应，而现在只需一次反应，就能合成出两个官能团选择性结合的化合物。由于可以在一个分子上结合具有重要生理活性的骨架，不仅能实现更经济的合成，还可以提高药效。研究团队还确认，三重态能量传递机制不仅可用于吡啶，还可应用于多种杂环结构的合成反应。
主持该研究的副研究团长 Hong 表示：“利用三重态能量传递，可以减少药物合成所需的步骤。该过程不仅简单，而且方法环保，预计今后将在新药及各类化学产品开发等整个产业界发挥巨大作用。”
此次研究成果已于上月27日（韩国时间）发表在化学领域权威期刊《Nature Chemistry》（《自然·化学》，影响因子24.274）在线版上。
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