我国科学家创造有机小分子催化新纪录

2024-07-20

<article><section data-type=“rtext”>科技日报记者刘园园记者19日获悉，西湖大学副校长邓力团队在有机小分子催化实验中，实现转化数（TON）达到1:1000000，即1个催化剂分子，完成100万次催化。这创造了有机小分子催化的新纪录，其催化效率可以和自然界的酶相媲美。地球生命的能量来自催化过程，生命活动本身也依赖酶的高效催化。比如，在非酸非碱环境下，一个蛋白质断裂其一半的肽键大约需要500年，而酶解开一个肽键仅需几纳秒。<img data-alt="" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/d0fc9006847fe3490686ceb166771ee1.jpg?imageView2/2/w/750" />季铵盐催化剂（远处的线型结构）和底物（近处的球棍结构）结合示意图。上世纪末，有机小分子催化开始崭露头角。与传统金属有机催化剂相比，有机小分子催化具有诸多优势，如对氧气和水不敏感、原件易得、成本低、易于保存、毒性较低等。“其中，不对称有机催化是在催化的过程中精准调控产物只在一种空间构型上发生，只形成需要的产物。”邓力说，不对称有机催化主要有两种模式，共价催化和弱键催化。他和团队主要关注弱键催化。自然界的酶，包括人体内的酶，经常利用多种弱键协同作用，激发催化并能精准控制结果。在进行亚胺的极性反转相关研究中，邓力团队希望利用催化剂从亚胺化合物中转移走一个带正电的氢原子，也就是一个质子，把亚胺化合物从亲电状态，逆转成亲核状态。更具挑战的是，催化剂夺取亚胺化合物的质子后，要能精准控制后续的化学反应过程。邓力介绍，经过两年多的探索，研究团队找到一种策略，即利用氢氧化钾中的氢氧根离子攫取质子，并找到了一种叫季铵盐的催化剂稳定住这个中间体，引导其按预定方式进行反应。在实验中，催化剂反应效率大步提升，转化数达到1:6300。此后，研究团队又将经过改造的新一代季铵盐催化剂用于合成α-氨基膦酸衍生物。实验设定催化剂载量为百万分之一级别。新一代季铵盐催化剂通过三种弱键作用，最高催化效率超过百万。这种有机小分子催化物表现出比酶更广泛的底物适应性，且分子量仅是酶的百分之一或更低。据了解，由于这种有机小分子催化物改变了科学界对小分子催化剂和生物酶的传统认知，研究团队将其命名为“小分子酶”。（西湖大学供图）</section></article>