用氮原子取代碳原子的方法一直是"愿望清单之首"。多年来，如果你问从事新药研发的人员他们的愿望是什么，他们的清单中排在最前面的一定是有一种方法可以轻松地用氮原子取代分子中的碳原子。但是，芝加哥大学化学家在《科学》和《自然》杂志上发表的两项研究提供了两种新方法来实现这一愿望。这些进展可能会为更容易的药物开发铺平道路。

化学副教授、两篇论文的资深作者马克-莱文（Mark Levin）说："这是我创办实验室时试图解决的重大挑战问题。我们还没有完全解决它，但我们已经从这个问题上咬出了两大口，这些发现为未来奠定了明确的基础。"

在化学中，一个原子就能使分子发生巨大变化。把一个碳原子换成一个氮原子，药物分子与其靶点相互作用的方式就会发生巨大变化。例如，它可能使药物更容易进入大脑，或更不可能在途中抓住错误的蛋白质。因此，当科学家们在创造新的药物时，他们往往想尝试调换一个特定的原子。

问题是，这说起来容易做起来难。要构建一个分子必须一步一步地进行。如果走到了尽头，但开始测试时却发现如果只换一个原子，药物的效果可能会更好，那么你就必须回到起点，重新发明整个过程。

左起 芝加哥大学化学家 Mark Levin、Jisoo Woo 和 Tyler Pearson 讨论交换分子中氮原子的技术--这是药物发现化学家经常做的改变。图片来源：Julia Driscoll

"这需要进行成本效益分析。值得重新开始吗？"博士后研究员泰勒-皮尔森（Tyler Pearson）解释说，他是其中一项研究的第一作者。

莱文的实验室试图找到新的方法，在不回到起跑线的情况下对分子的骨架进行微小的改变。

在这种情况下，他们想找到一种将碳原子换成氮原子的方法--这是一种在药物化学中极为常见的特殊交换。"但现有的方法成功率有限。"另一项研究的第一作者、研究生 Jisoo Woo 说："可能会不小心删除分子中错误的碳原子，从而导致分子的其他部分发生偏移。这会对最终分子的工作性能产生巨大影响"。

改变一个原子可能非常有用，但同样的原理也有它的反面：如果反应产生了哪怕一个意外的副作用，移动了不同的原子，分子就会变得对其预期目的毫无用处。因此，实验室想出了两种不同的、互补的方法来解决这个问题。

移除正确的原子

研究生 Jisoo Woo 在《自然》（Nature）杂志上发表的一篇论文中概述了一种方法，这种方法适用于结构中附近已经有一个氮原子的分子。新方法利用臭氧裂开原子环，然后利用第一个氮分子"引导"第二个氮分子进入。

皮尔逊在《科学》杂志上发表的一篇论文介绍了另一种方法，这种方法适用于还没有氮原子的分子。它可以简单地移除一个碳原子 - 正确的那个，然后用一个氮原子取而代之。科学家们说，这两种方法都还不够完美。但它们提供了一条前无古人的道路。

莱文说，这些技术很有帮助，因为它们更符合人们在开发新药时的思维方式。他说："这有点像用电脑而不是打字机打字。在电脑上打字要容易得多，因为它可以让你按照自己的思维方式写作，而这种思维方式并不总是线性的。"

科学家们指出，这两种解决方案都涉及到一些偶然性和发明。莱文说："对我来说，这是一个很好的例子，说明了要想在化学领域取得突破，就需要有创造性。在这两项研究中，我们都遇到了一些突发事件，让我们看到了一些不同寻常的东西，这给了我们一个可以开展工作的立足点"。