研究人员离模仿大自然对化学的掌握又近了一步

发布时间：2024-01-14 11:11:41 栏目：精选知识

导读 加州大学戴维斯分校的化学家正在使用催化剂(以灰色球体显示)来制造具有特定手性或手性的有机化合物(蓝色棒)。大多数生物分子都是手性的，包

加州大学戴维斯分校的化学家正在使用催化剂(以灰色球体显示)来制造具有特定手性或“手性”的有机化合物(蓝色棒)。大多数生物分子都是手性的，包括许多处方药。这一发现可以使合成具有正确对称性的药物变得更加容易。



在自然界中，有机分子要么是左旋的，要么是右旋的，但在实验室中合成具有特定“旋向”的分子是很难做到的。如果用错误的“惯用手”来制造药物或酶，它就不会起作用。现在，加州大学戴维斯分校的化学家正在通过计算建模和物理实验来模拟自然界的化学效率。

在 1 月 10 日发表在《自然》杂志上的一项研究中， Dean Tantillo 教授、研究生 William DeSnoo 和 Croix Laconsay 以及德国马克斯·普朗克研究所的同事报告称，利用简单碳氢化合物的重排成功合成了特定的手性或“手性”分子在复杂的有机催化剂存在下。大多数生物化合物，包括许多处方药，都是手性的。

坦蒂洛和同事希望这些发现将使科学家能够更好地利用碳氢化合物用于各种目的，例如药物和材料的前体。

Tantillo 说：“这篇论文的新颖之处在于，据我所知，这确实是第一次有人能够实现碳正离子转变，从而以高选择性制造其中一种镜像产品，而不是另一种镜像产品。”

小油球

在化学中，手性是指一对具有相同原子组成但互为镜像的分子的性质。就像你的左手和右手一样，它们不能互相叠加。

“合成化学家经常想要制造镜像形式的分子，但他们只想要其中一种，”坦蒂洛说。“例如，如果你想制造药物分子，通常需要两种手性形式之一来选择性地与蛋白质或酶靶标结合。”

在实验室环境中实现这一目标可能很困难，因为根据坦蒂洛的说法，这些分子通常就像“周围涂有一些正电荷的小油脂球”。

这些分子的油脂状性质通常使得化学催化剂难以在一个方向上与另一个方向上结合，因为缺乏催化剂可以抓住的带电基团。

但研究人员找到了解决方案。使用手性有机酸亚胺二磷酸酯作为催化剂，该团队成功地进行了非手性烯基环烷烃的重排，产生了称为环烯烃的感兴趣的手性分子。Tantillo 和同事利用计算方法推断出催化剂如何选择性地产生一种手性形式而不是另一种。

与自然的相似之处

坦蒂洛说，由此产​​生的反应类似于自然界中制造萜烯碳氢化合物的酶的行为。Tantillo 的部分研究涉及使用量子力学方法绘制萜烯反应路径。

“如果一种产品有多种可能的途径，那么每次你停在该途径的中间体时，你就有可能获得来自该中间体的副产品，”他说。“因此，如果人们想了解并最终重新设计萜烯形成酶，那么了解碳正离子何时以及为何在生成特定萜烯的过程中停止是很重要的。”

发表在《自然》杂志上的新方法 原则上可以用来生产天然分子和非天然分子。

坦蒂洛说：“很难说这些事情是否会实现，但石油是许多碳氢化合物的来源，如果你能催化将这些碳氢化合物转化为具有确定手性的分子，那么你就增加了这些分子的价值。” 。

其他合著者有：德国鲁尔河畔米尔海姆马克斯普朗克研究所的 Vijay Wakchaure、Markus Leutzsch 和 Benjamin List;和 Nobuya Tsuji，日本札幌北海道大学。

这项工作得到了马克斯·普朗克学会、德国研究协会、欧洲研究委员会以及美国国家科学基金会的部分支持。