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1個催化劑分子，完成了100萬次催化。這一突破創(chuàng)下了有機小分子催化的新紀錄，可以和自然界的酶相媲美。
近日，西湖大學徐益明講席教授鄧力實驗室在《美國化學會志》發(fā)表了題為《ppm級不對稱弱鍵有機催化合成α-氨基膦酸酯》的封面文章。他們模擬酶的能力，以弱鍵作為主要驅(qū)動力創(chuàng)造了高效。
《美國化學會志》封面。課題組供圖
催化效率低嚴重制約有機催化領域的發(fā)展，成為該領域最具挑戰(zhàn)的科學問題之一。是否可能模仿生物酶催化機制開發(fā)新一代有機小分子催化劑，以實現(xiàn)媲美酶催化效率而依然保持底物范圍優(yōu)勢？這個問題對于有機催化領域的理論發(fā)展和其在合成化學中的應用前景至關(guān)重要。
鄧力團隊開發(fā)手性季銨鹽有機小分子催化劑，成功建立了α-氨基膦酸衍生物不對稱合成最高效實用的合成新方法。高對映選擇性地合成了一系列手性氨基膦酸酯。尤其值得關(guān)注的是，在0.8-50 ppm（百萬分之一）催化劑載量下可合成各種α-烷基手性氨基膦酸酯，催化劑可達到20000以上的轉(zhuǎn)換數(shù)，展現(xiàn)出媲美生物酶的催化效率。當以α-甲基亞胺膦酸酯為底物時，轉(zhuǎn)化數(shù)超過百萬，為不對稱有機催化新紀錄。
“這些結(jié)果展示了團隊所開發(fā)的分子量，僅為生物酶分子1-2%小分子有機催化劑，可兼具廣泛底物適用性和類酶高催化效率?！编嚵φf。
在研究中，鄧力團隊尋找到另一條路，效法自然，實現(xiàn)弱鍵催化。該有機小分子弱鍵催化機制與金屬催化機制截然不同，而與廣泛基于弱鍵的酶催化機制異曲同工，鄧力團隊將其命名為小分子“酶”。
該項研究工作實現(xiàn)了ppm級手性季銨鹽催化的α-亞胺膦酸酯高效不對稱異構(gòu)化反應。該金雞納堿衍生的仿生催化劑在對多種α-脂肪族-亞胺膦酸酯異構(gòu)化中展現(xiàn)了與酶相當?shù)拇呋?，其中TON最高超過百萬。理論計算和機理實驗研究揭示了這種小分子催化劑實現(xiàn)媲美酶效率的機制，并發(fā)現(xiàn)其遵循了酶催化的基本原理。就催化效率、機理和底物兼容性而言，這種季銨鹽催化劑可視為小分子“異構(gòu)化酶”。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.4c04129
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-6059-0.html科學家創(chuàng)有機小分子催化新紀錄
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