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我國(guó)科研人員創(chuàng)造有機(jī)小分子催化新紀(jì)錄
2024/08/01 16:17 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 閱讀：1.1萬(wàn)
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?！安粚?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）