記者近日獲悉，西湖大學(xué)副校長鄧力團(tuán)隊(duì)在有機(jī)小分子催化實(shí)驗(yàn)中，實(shí)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(shí)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。”鄧力說，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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)將其命名為“小分子酶”。
（記者劉園園）