科技
我國科研人員創(chuàng)造有機(jī)小分子催化新紀(jì)錄
2024/08/01 16:17 來源：科技日報 閱讀：1.3萬
記者近日獲悉，西湖大學(xué)副校長鄧力團(tuán)隊在有機(jī)小分子催化實驗中，實現(xiàn)轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）1∶100萬,，即1個催化劑分子,，完成100萬次催化。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。
地球生命的能量來自催化過程，生命活動本身也依賴酶的高效催化,。比如，在非酸非堿環(huán)境中,，一個蛋白質(zhì)斷裂其一半的肽鍵大約需要500年,，而酶解開一個肽鍵僅需幾納秒。
很長一段時間,，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,。
有機(jī)小分子催化的出現(xiàn)常常伴隨另一個名詞——不對稱,。“不對稱有機(jī)催化,，是在催化過程中實現(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,?！编嚵φf，不對稱有機(jī)催化主要有兩種模式，共價催化和弱鍵催化,。他和團(tuán)隊主要關(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)隊希望利用催化劑從亞胺化合物中移除一個帶正電的氫原子（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)過程,。
鄧力介紹,，經(jīng)過兩年多探索，研究團(tuán)隊找到一種策略,，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),。在實驗中,，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)隊又將經(jīng)過改造的新一代季銨鹽催化劑用于合成α-氨基膦酸衍生物。實驗設(shè)定催化劑載量為百萬分之一級別,。新一代季銨鹽催化劑通過3種弱鍵作用,，徹底喚醒底物的活性，最高催化效率超過百萬,。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,，且分子量僅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)界對小分子催化劑和生物酶的傳統(tǒng)認(rèn)知,，研究團(tuán)隊將其命名為“小分子酶”。（記者 劉園園）