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我科研人員創(chuàng)造有機(jī)小分子催化新紀(jì)錄

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
2024-08-01 08:25 
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原標(biāo)題:我科研人員創(chuàng)造有機(jī)小分子催化新紀(jì)錄

記者近日獲悉,西湖大學(xué)副校長(zhǎng)鄧力團(tuán)隊(duì)在有機(jī)小分子催化實(shí)驗(yàn)中,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化數(shù)(TON)1∶100萬(wàn),即1個(gè)催化劑分子,完成100萬(wàn)次催化。這創(chuàng)造了有機(jī)小分子催化新紀(jì)錄,其催化效率可以和自然界的酶媲美。

地球生命的能量來(lái)自催化過(guò)程,生命活動(dòng)本身也依賴酶的高效催化。比如,在非酸非堿環(huán)境中,一個(gè)蛋白質(zhì)斷裂其一半的肽鍵大約需要500年,而酶解開(kāi)一個(gè)肽鍵僅需幾納秒。

很長(zhǎng)一段時(shí)間,科學(xué)家認(rèn)為世界上只有金屬和酶這兩種類型催化劑。到20世紀(jì)末,有機(jī)小分子催化嶄露頭角。與傳統(tǒng)金屬有機(jī)催化劑相比,有機(jī)小分子催化具有對(duì)潮濕環(huán)境不敏感、原件易得、成本低、易于保存、毒性較低等諸多優(yōu)勢(shì)。

有機(jī)小分子催化的出現(xiàn)常常伴隨另一個(gè)名詞——不對(duì)稱。“不對(duì)稱有機(jī)催化,是在催化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控,使產(chǎn)物只在一種空間構(gòu)型上發(fā)生,只形成需要的產(chǎn)物。”鄧力說(shuō),不對(duì)稱有機(jī)催化主要有兩種模式,共價(jià)催化和弱鍵催化。他和團(tuán)隊(duì)主要關(guān)注弱鍵催化。自然界的酶,包括人體內(nèi)的酶,經(jīng)常利用多種弱鍵協(xié)同作用激發(fā)催化,并能精準(zhǔn)控制結(jié)果。

在亞胺極性反轉(zhuǎn)相關(guān)研究中,鄧力團(tuán)隊(duì)希望利用催化劑從亞胺化合物中移除一個(gè)帶正電的氫原子(即質(zhì)子),把亞胺化合物從親電狀態(tài)逆轉(zhuǎn)成親核狀態(tài)。具有挑戰(zhàn)性的是,催化劑奪取質(zhì)子后,要能精準(zhǔn)控制后續(xù)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。

鄧力介紹,經(jīng)過(guò)兩年多探索,研究團(tuán)隊(duì)找到一種策略,即利用氫氧化鉀中的氫氧根離子攫取質(zhì)子,并找到了一種叫季銨鹽的催化劑穩(wěn)定住中間體,引導(dǎo)其按預(yù)定方式進(jìn)行反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)中,催化劑反應(yīng)效率大幅提升,轉(zhuǎn)化數(shù)達(dá)到1∶6300。

此后,研究團(tuán)隊(duì)又將經(jīng)過(guò)改造的新一代季銨鹽催化劑用于合成α-氨基膦酸衍生物。實(shí)驗(yàn)設(shè)定催化劑載量為百萬(wàn)分之一級(jí)別。新一代季銨鹽催化劑通過(guò)3種弱鍵作用,徹底喚醒底物的活性,最高催化效率超過(guò)百萬(wàn)。這種有機(jī)小分子催化物表現(xiàn)出比酶更廣泛的底物適應(yīng)性,且分子量?jī)H是酶的百分之一或更低。

據(jù)了解,由于這種有機(jī)小分子催化物改變了科學(xué)界對(duì)小分子催化劑和生物酶的傳統(tǒng)認(rèn)知,研究團(tuán)隊(duì)將其命名為“小分子酶”。

(記者劉園園)

【責(zé)任編輯:張瑨瑄】

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