生物啟發(fā)的納米催化劑指導手性反應

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。受光合作用細菌的啟發(fā)，密歇根大學的一個研究小組制造了一種催化劑，該催化劑可引導化學反應朝著正確的扭曲分子方向發(fā)展。它可能導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。然而化學過程通常會給我們提供相同數(shù)量的兩種形式的手性分子或對映體。

“如今，手性催化劑已經(jīng)過優(yōu)化，可以在昂貴且對環(huán)境不友好的液體中工作。這些催化劑幾乎只能產(chǎn)生左或右對映體，但是當我們要在水中進行反應時，它們會被破壞，”尼古拉斯·科托夫說， Joseph B.和Florence V. Cejka的工程學教授，他們領導了設計和測試新催化劑的團隊。

在水中進行反應會更便宜，更安全?？仆蟹驁F隊開發(fā)的催化劑可以做到這一點。它們是主要由氧化鋅制成的礦物納米顆粒的集合體。它們模擬細菌中的納米級器官，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)在技術上有價值，因為它大大降低了預期產(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映體)。

“由于催化劑價格便宜，穩(wěn)定且可重復使用，因此已經(jīng)可以節(jié)省成本。用水代替有機溶劑在經(jīng)濟和環(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。扭曲正確的分子會在超顆粒內部花費更多的時間，因此最終會產(chǎn)生更多的扭曲產(chǎn)物。

該團隊正在探索如何進一步改善手性選擇性(也許通過使用扭曲光)。