化學領域的一項聯合努力產生了一種以積極甚至有益的方式利用二氧化碳的創新方法：通過電合成，它被整合到一系列有機分子中，這些分子在藥品開發中發揮著關鍵作用。在這一過程中，該團隊取得了一個創新發現。通過改變所使用的電化學反應器的類型，他們能夠產生兩種不同的產品，這兩種產品在藥物化學中都是有用的。
該團隊的論文最近發表在《自然》雜誌上。該論文的共同第一作者是中國四川大學的博士後研究員余鵬和張文以及孫國權。
由文理學院化學和化學生物學教授宋林領導的康奈爾大學團隊以前曾利用電化學過程將簡單的碳分子拼接起來，形成複雜的化合物，不需要貴金屬或其他催化劑來促進化學反應。
在新項目中，他們將目光投向了一個更具體的目標：吡啶，FDA批准的藥物中第二普遍的雜環化合物。雜環是有機化合物，其中分子的原子被連接成環狀結構，其中至少有一個不是碳。這些結構單元被認為是"藥引子"，因為它們經常出現在有藥用價值的化合物中。它們也普遍存在於農用化學品中。
研究人員的目標是製造羧基化的吡啶，即附加了二氧化碳的吡啶。將二氧化碳引入吡啶環的好處是，它可以改變分子的功能，並有可能幫助它與某些目標結合，如蛋白質。然而，這兩個分子並不是天然的夥伴。吡啶是一種反應性分子，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重的局限性。"
宋林的實驗室將其在電化學方面的專長與余的小組在有機合成中利用二氧化碳的專長相結合，他們能夠成功地創造出羧基吡啶。他說："電化學給了你這種槓桿作用，可以撥出足以激活甚至一些最惰性的分子的電位，這就是我們能夠實現這一反應的原因。"
該團隊的偶然發現是在他們進行電合成的時候出現的。化學家們通常以兩種方式之一進行電化學反應：在一個非分割的電化學池中（其中提供電流的陽極和陰極在同一溶液中）或在一個分割的電化學池中（其中陽極和陰極被一個多孔隔板隔開，該隔板阻止大型有機分子但允許離子通過）。一種方法可能比另一種更有效，但它們都產生相同的產品。
研究小組發現，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的不同位置上，產生兩種不同的產品。在未分裂的細胞中產生C4-羧化作用，在分裂的細胞中產生C5-羧化作用。
"這是我們第一次發現，僅僅通過簡單地改變細胞，也就是我們所說的電化學反應器，就能完全改變產品，"宋林說。"我認為對其發生原因的機理理解將使我們能夠繼續將同樣的策略應用於其他分子，而不僅僅是吡啶，也許還能以這種選擇性但可控的方式製造其他分子。我認為這是一個可以推廣到其他系統的一般原則。"
雖然該項目的二氧化碳利用形式不會解決氣候變化的全球挑戰，但這是以有用的方式利用過量二氧化碳的一小步。