麻省理工学院的化学家们已经开发出一种合成复杂分子的新方法，这些分子最初是从植物中分离出来的，有可能成为抗生素、止痛药或抗癌药物。

这些化合物被称为低环色胺，由多个三环亚结构组成，称为环色胺，通过碳-碳键融合在一起。这些化合物只有少量是天然的，而且在实验室中合成它们已经被证明是困难的。麻省理工学院的研究小组想出了一种方法，将色胺衍生的成分一次一个地添加到一个分子中，这种方法允许研究人员精确地组装环，并控制每个成分的3D方向以及最终产品。麻省理工学院化学资深作者和教授Mohammad Movassaghi说：“对于这些化合物中的许多，还没有足够的材料来对它们的潜力进行彻底的审查。我希望以可靠的方式获得这些化合物将使我们能够进行进一步的研究。”除了允许科学家合成植物中发现的低聚环色胺外，这种方法还可以用来产生可能具有更好药用特性的新变体，或者可以帮助揭示其作用机制的分子探针。

23岁的Tony Scott博士是这篇发表在《Journal of the American Chemical Society》上的论文的主要作者。

融合环

低聚环色胺属于一类称为生物碱的分子;主要由植物产生的含氮有机化合物。至少有八种不同的低聚环色胺已经从一种被称为精神病的开花植物属中分离出来，其中大多数在热带森林中被发现。

自20世纪50年代以来，科学家们研究了二聚体环色胺的结构和合成，它有两个环色胺亚基。在过去的20年里，表征和合成二聚体和其他较小的家族成员取得了重大进展。然而，还没有人能够合成最大的低环色胺，它有六个或七个环融合在一起。

合成这些分子的障碍之一是需要在一个色胺衍生亚基的碳原子与下一个亚基的碳原子之间形成键的步骤。低环色胺有两种键，都包含至少一个碳原子与另外四个碳原子成键。额外的体积使这些碳原子不易发生反应，并控制了立体化学;碳原子周围的方向;在所有这些关键时刻都构成了重大挑战。

多年来，Movassaghi的实验室一直在研究在已经挤满了其他原子的碳原子之间形成碳-碳键的方法。2011年，他们设计了一种方法，将两个碳原子转化为碳自由基(碳原子带有一个未配对的电子)并引导它们结合。为了产生这些自由基，并引导配对结合完全选择性，研究人员首先将每个目标碳原子连接到一个氮原子上;这两个氮原子相互结合。

当研究人员将一定波长的光照射到含有通过两个氮原子连接的两个片段的基板上时，它会导致两个氮原子以氮气的形式分离，留下两个非常活跃的碳自由基，它们靠得很近，几乎立即结合在一起。这种类型的键形成也使研究人员能够控制分子的立体化学。

Movassaghi通过合成其他类型的生物碱，包括communesins，证明了这种方法，他称之为二氮定向组装。这些化合物是在真菌中发现的，由两个含环分子或单体连接在一起组成。后来，Movassaghi开始用这种方法融合更多的单体，他和斯科特最终把注意力转向了最大的低聚环色胺生物碱。

他们开发的合成从一个环色胺衍生物分子开始，然后一次一个地添加具有正确相对立体化学和位置选择性的其他环色胺片段。这些添加物中的每一个都是由Movassaghi的实验室先前开发的二氮定向工艺实现的。

“我们对此感到兴奋的原因是，这种单一的解决方案使我们能够追求多个目标，”Movassaghi说。“同样的路线为我们提供了一个解决方案，用于天然产品家族的多个成员，因为通过延长迭代周期，您的解决方案现在可以应用于新的天然产品。

利用这种方法，研究人员能够制造出六到七个环色胺环的分子，这是以前从未做过的。

“世界各地的研究人员一直在试图找到制造这些分子的方法，而Movassaghi和Scott是第一个成功的人，”耶鲁大学的化学Seth Herzon说，他没有参与这项研究。Herzon将这项工作描述为“有机合成的杰作”。

现在研究人员已经合成了这些天然存在的低聚环色胺，他们应该能够产生足够的化合物，从而可以更彻底地研究它们的潜在治疗活性。

Movassaghi说，他们还应该能够通过切换稍微不同的环色胺亚基来创造新的化合物。他说:“我们将继续使用这种非常精确的方法来添加这些环色胺单元，将它们组装在一起，形成尚未解决的复杂系统，包括可能具有改进性能的衍生物。”