【科學講堂】修改化學物骨幹 藥物生產更便利

化學家經常需要修改有機化學物的結構，特別是在醫藥研究之中，化學家需要探索不同結構化學物的醫藥效能；或是在研究如何靠着修改化學物的結構，以找出有效率生產該種化學物的方法。有機化學物結構複雜及多變，一直以來我們只能修改結構的較邊緣部分；可幸的是，近年科學家們已在開發新方法直接修改化學物的骨幹部分。今天我們討論一下這些新技術。

先來簡單介紹有機化學物的特徵。有機化學物主要由碳和氫兩種元素組成，再配上氧、氮、硫等其他元素以構成各種化學結構。每顆碳原子可與最多4枚其他原子連結，因此當許多碳原子聚在一起，就可以連結成一條長長的碳鏈條，成為有機化學物的主要骨幹；再加上其他元素不同的組合和連結方式，就形成了各種各樣的有機化學物。

化學家經常運用魚骨一般的結構圖來代表有機化學物的構造：當中Z形線條上的每個「轉角」就是一個碳原子，每個線段則代表原子和原子之間的化學鍵；各種字母表示了特別元素的種類（例如氧或氮），但為了避免結構圖看起來過於複雜，氫原子一般來說都不被標註出來。

有機化學物的結構可以相當複雜，涉及成千上百的原子，因此要生產它們絕不容易。一般來說，化學家們要先仔細端詳化學物的結構，再想想有哪些已知的、可靠的化學反應，能夠把較小、較簡單的化學物組合成我們想要的結構。化學家不斷重複這些步驟，慢慢把需要的化學結構分拆成容易得到的化學原料。

以「鈀」作催化劑

因此，能有更多可依賴的化學反應運用，就可以更有效地製造出想要的有機化學物。一直以來，這都是化學家熱烈研究的課題，而2010年的諾貝爾化學獎，更是頒予了這領域的學者：在上世紀六七十年代，化學家們開發了新的方法，利用鈀（palladium）這種金屬作為催化劑，修改碳原子之間的化學鍵，大大幫助了藥物分子的製造。

時至今日，化學家們已發明了好些直接修改有機化學物主要骨幹的技術。例如吡啶（pyridine）這種有機化合物經常被用作藥物成分，其化學結構的特徵，就是一個由5個碳原子和1顆氮原子組成的六角環構造。化學結構上，吡咯（pyrrole）是吡啶的「親戚」，也有一個由碳和氮構成的環，不過卻比吡啶的環少了一角：是由4枚碳原子加1顆氮原子組成的五角環。

現代的技術，容許科研人員在五角環結構中再多加1枚碳原子，因而把吡咯轉變成吡啶。含有六角環構造的吡啶製造起來要比吡咯困難，因此這個在化學結構中添加碳原子的技術便利了不少藥物的生產。

現在的技術能做到的自然不止於此，除了添加碳原子外，還可以添加氮原子、氧原子，還可以刪減原子，甚或將原有的碳原子換成其他元素。不過，不少的這些技術，現階段只能用於某些化合物之上，還未能完全普及。

小結

今次介紹的這種技術，有人將它比擬為化學版的基因改造技術；不少科學家都清楚，要走的路還有很遠。如前所述，世界中的化學作用、化合物太多，要找出能廣泛應用的技術，還需更多的努力。

◆杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。