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該團(tuán)隊(duì)的論文最近發(fā)表在《自然》雜志上。該論文的共同第一作者是中國四川大學(xué)的博士后研究員余鵬和張文以及孫國權(quán)。

由文理學(xué)院化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)教授宋林領(lǐng)導(dǎo)的康奈爾大學(xué)團(tuán)隊(duì)以前曾利用電化學(xué)過程將簡單的碳分子拼接起來，形成復(fù)雜的化合物，不需要貴金屬或其他催化劑來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。

在新項(xiàng)目中，他們將目光投向了一個(gè)更具體的目標(biāo)：吡啶，F(xiàn)DA批準(zhǔn)的藥物中第二普遍的雜環(huán)化合物。雜環(huán)是有機(jī)化合物，其中分子的原子被連接成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中至少有一個(gè)不是碳。這些結(jié)構(gòu)單元被認(rèn)為是"藥引子"，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常出現(xiàn)在有藥用價(jià)值的化合物中。它們也普遍存在于農(nóng)用化學(xué)品中。

研究人員的目標(biāo)是制造羧基化的吡啶，即附加了二氧化碳的吡啶。將二氧化碳引入吡啶環(huán)的好處是，它可以改變分子的功能，并有可能幫助它與某些目標(biāo)結(jié)合，如蛋白質(zhì)。然而，這兩個(gè)分子并不是天然的伙伴。吡啶是一種反應(yīng)性分子，而二氧化碳通常是惰性的。

該論文的共同第一作者、四川大學(xué)的余大剛說："直接將二氧化碳引入吡啶的方法非常少。目前的方法有非常嚴(yán)重的局限性。"

宋林的實(shí)驗(yàn)室將其在電化學(xué)方面的專長與余的小組在有機(jī)合成中利用二氧化碳的專長相結(jié)合，他們能夠成功地創(chuàng)造出羧基吡啶。他說："電化學(xué)給了你這種杠桿作用，可以撥出足以激活甚至一些最惰性的分子的電位，這就是我們能夠?qū)崿F(xiàn)這一反應(yīng)的原因。"

該團(tuán)隊(duì)的偶然發(fā)現(xiàn)是在他們進(jìn)行電合成的時(shí)候出現(xiàn)的。化學(xué)家們通常以兩種方式之一進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)：在一個(gè)非分割的電化學(xué)池中（其中提供電流的陽極和陰極在同一溶液中）或在一個(gè)分割的電化學(xué)池中（其中陽極和陰極被一個(gè)多孔隔板隔開，該隔板阻止大型有機(jī)分子但允許離子通過）。一種方法可能比另一種更有效，但它們都產(chǎn)生相同的產(chǎn)品。

研究小組發(fā)現(xiàn)，通過從分裂的電池切換到不分裂的電池，他們可以選擇性地將二氧化碳分子附著在吡啶環(huán)的不同位置上，產(chǎn)生兩種不同的產(chǎn)品。在未分裂的細(xì)胞中產(chǎn)生C4-羧化作用，在分裂的細(xì)胞中產(chǎn)生C5-羧化作用。

"這是我們第一次發(fā)現(xiàn)，僅僅通過簡單地改變細(xì)胞，也就是我們所說的電化學(xué)反應(yīng)器，就能完全改變產(chǎn)品，"宋林說。"我認(rèn)為對其發(fā)生原因的機(jī)理理解將使我們能夠繼續(xù)將同樣的策略應(yīng)用于其他分子，而不僅僅是吡啶，也許還能以這種選擇性但可控的方式制造其他分子。我認(rèn)為這是一個(gè)可以推廣到其他系統(tǒng)的一般原則。"

雖然該項(xiàng)目的二氧化碳利用形式不會(huì)解決氣候變化的全球挑戰(zhàn)，但這是以有用的方式利用過量二氧化碳的一小步。