分子砌块的应用及发展
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2023-10-27
分子砌块的定义和应用
分子砌块（Building block，砌块化合物）是是由多个相同或不同的分子单元通过共价键连接而成的小分子化合物（一般分子量小于 300）。分子砌块的类别主要有环丁烷类、环已烷类、哌啶类、吡啶类、吡咯烷类、含氮螺环、芳环类、桥环等。分子砌块可以通过不同的化学反应方法合成，如聚合反应、缩合反应等。分子砌块具有结构多样性、功能多样性、可控性、可重复性和可修饰性等特性，使其在材料科学、药物化学、生物化学等领域具有广泛的应用潜力。
图：分子砌块常见分类
在组合化学方向，分子砌块被视为至关重要的基础前提。组合化学技术的核心是高通量合成和高通量筛选。高通量合成通过将各种分子砌块和不同的合成策略组合在一起，使得数百到数百万个化合物可以在短时间内合成出来；而高通量筛选则可以快速地测试这些化合物的生物活性。通过不断地优化合成和筛选过程，可以最终得到具有理想生物活性的化合物。 组合化学技术主要应用于药物发现、材料科学和催化剂设计等领域。
作为新药研发的创新源头之一，分子砌块的使用贯穿药物发现、药物开发到商业化生产的所有环节，整个环节中分子砌块的使用量从毫克级到百千克级别甚至吨级以上，在新药研发中起着不可或缺的作用。
在研发初始的药物发现阶段，新药研发企业需要对成千甚至上万个化合物进行筛选和评估，从而选择出有研究价值的苗头化合物（Hit compound）、先导化合物（Lead Compound），最终确定临床候选物（Clinical Candidate Compound）。为了确定临床候选物，新药研发企业需要一次性购买大量的分子砌块，数量可达数百种甚至上千种，以增加其化合物库的多样性，帮助研发人员合成具有理想药效和低毒性的化合物。这个阶段分子砌块用量少但品类需求多，且单位价值很高。随着新药研发项目的进展，相关分子砌块的种类需求会逐渐降低，而选定的分子砌块的使用量会逐步增加，同时分子砌块的单价也会逐渐下降。
分子砌块的背景和发展
分子砌块行业产生的背景可以追溯到对分子级别控制和设计的需求。以下是一些主要的背景因素：
化学合成技术的发展：随着化学合成技术的不断进步，人们能够更好地控制和调节分子结构和功能。这为分子砌块提供了更多的可能性和机会。高通量筛选技术的兴起：高通量筛选技术的发展使得科学家们能够快速有效地筛选大量的化合物，以寻找具有特定功能或活性的分子。分子砌块可以用于合成和构建这些化合物库。计算化学的应用：计算化学方法的发展使得研发人员能够预测和优化分子砌块的性质和反应性。通过计算化学的辅助，研发人员可以更准确地设计和合成具有理想药效和低毒性的化合物。药物研发需求：药物研发是一个复杂而耗时的过程，传统的有机合成方法往往效率低下且难以控制。分子砌块的出现为药物研发提供了一种高效、可控和多样化的方法。通过组装预先合成的小分子片段，研发人员可以快速构建复杂的分子结构，从而加快药物研发的速度和效率。材料科学和其他领域的需求：除了药物研发，分子砌块还可以应用于材料科学、催化剂设计和生物学等领域。这些领域对于高效、可控和多样化的合成方法有着迫切的需求，因此分子砌块行业得到了广泛的应用和发展。
综上所述，药物研发需求、高通量合成技术的发展、计算化学的应用以及其他领域的需求都是分子砌块行业产生的重要背景。这些因素共同推动了分子砌块行业的发展和壮大。
根据沙利文数据，估算全球药物分子砌块的市场规模2020年为185亿美元，2024年将达218亿美元，复合年增长率为4%。可见全球对于分子砌块的需求量大且稳定增长，并且属于知识密集型行业。目前在全球市场上，海外著名的综合性企业仍占据较大的市场份额。这些企业致力于研发分子砌块和工具化合物，它们进入市场早、规模庞大、技术领先、产品种类齐全，并且营销网络发达。这些企业主要总部设在欧洲和美国等地，如 Sigma-Aldrich、Combi-Blocks 和 Enamine 是全球分子砌块行业的龙头企业，市场占有率超过 10%；Fluorochem 和 Asta Tech Inc 等公司则属于第二梯队企业，市场占有率 在1%至10%之间。
尽管国内分子砌块企业在行业内起步较晚，但近年来也逐渐发展壮大，在国际市场上开始显露头角，抢占部分海外市场份额。这些国内品牌凭借成本优势、快速响应和售后服务等优点，其全球市场份额正逐步提升。相信随着全球产业转移的进行，越来越多的海外订单将持续流入国内，这将对国内的分子砌块及中间体业务产生积极影响，未来市场前景值得期待。
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