生物啟發(fā)的納米催化劑指導(dǎo)手性反應(yīng)

許多藥物是扭曲的分子，具有兩種鏡像版本，但人體僅使用一種。受光合作用細(xì)菌的啟發(fā)，密歇根大學(xué)的一個(gè)研究小組制造了一種催化劑，該催化劑可引導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)朝著正確的扭曲分子方向發(fā)展。它可能導(dǎo)致某些藥物的更有效生產(chǎn)。

藥物分子的卷曲(一種被稱為手性的特性)可以幫助它們與人類細(xì)胞中類似彎曲的分子相互作用。具有相反曲線的分子是無活性的，或者在最壞的情況下可能是非常有毒的。然而化學(xué)過程通常會(huì)給我們提供相同數(shù)量的兩種形式的手性分子或?qū)τ丑w。

“如今，手性催化劑已經(jīng)過優(yōu)化，可以在昂貴且對(duì)環(huán)境不友好的液體中工作。這些催化劑幾乎只能產(chǎn)生左或右對(duì)映體，但是當(dāng)我們要在水中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，它們會(huì)被破壞，”尼古拉斯·科托夫說， Joseph B.和Florence V. Cejka的工程學(xué)教授，他們領(lǐng)導(dǎo)了設(shè)計(jì)和測(cè)試新催化劑的團(tuán)隊(duì)。

在水中進(jìn)行反應(yīng)會(huì)更便宜，更安全。科托夫團(tuán)隊(duì)開發(fā)的催化劑可以做到這一點(diǎn)。它們是主要由氧化鋅制成的礦物納米顆粒的集合體。它們模擬細(xì)菌中的納米級(jí)器官，并且在選擇特定版本的手性分子方面，它們比這種類型的早期催化劑至少好10倍。

Kotov說：“我們的手性選擇性始終高于20%，而以前類似類型的反應(yīng)幾乎沒有破壞1%。” “百分之二十看起來可能并不多，但是它已經(jīng)在技術(shù)上有價(jià)值，因?yàn)樗蟠蠼档土祟A(yù)期產(chǎn)品的成本。”

例如，使用這些催化劑可以更有效地生產(chǎn)某些藥物(目前包含相等數(shù)量的活性和非活性對(duì)映體)。

“由于催化劑價(jià)格便宜，穩(wěn)定且可重復(fù)使用，因此已經(jīng)可以節(jié)省成本。用水代替有機(jī)溶劑在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面也有很大的不同。”

催化劑就是這樣工作的：0.0001毫米“超粒子”內(nèi)的手性納米粒子之間的間隙是扭曲的，因此它們更傾向于容納具有相似曲線的分子。納米粒子捕獲光并將其轉(zhuǎn)換為電荷，然后傳遞給間隙中的分子。

分子利用能量形成新的鍵。扭曲正確的分子會(huì)在超顆粒內(nèi)部花費(fèi)更多的時(shí)間，因此最終會(huì)產(chǎn)生更多的扭曲產(chǎn)物。

該團(tuán)隊(duì)正在探索如何進(jìn)一步改善手性選擇性(也許通過使用扭曲光)。