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最“艱苦”的學(xué)科之一有機(jī)化學(xué)正變得簡(jiǎn)單。6年前，美國(guó)一個(gè)化學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種合成系統(tǒng)平臺(tái)，可自動(dòng)構(gòu)建多種有機(jī)分子，作為潛在的藥物、燃料和香水的材料。但該系統(tǒng)能力有限，只能構(gòu)建平面分子鏈或2D環(huán)狀結(jié)構(gòu)分子，不能組裝成3D小分子，而后者正是許多藥物和材料所需要的。

現(xiàn)在，3D小分子也可以了。該團(tuán)隊(duì)日前在《自然》上報(bào)告稱(chēng)，他們?cè)O(shè)計(jì)了新的系統(tǒng)平臺(tái)，采用通用的化學(xué)反應(yīng)來(lái)將模塊化的分子組件裝配成所需的目標(biāo)有機(jī)分子，實(shí)現(xiàn)了14 種不同類(lèi)別小分子的全自動(dòng)合成。

“這是一個(gè)里程碑式的成就，可以徹底改變藥物發(fā)現(xiàn)。”未參加研究的密歇根大學(xué)安娜堡分校的藥物化學(xué)家Timothy Cernak評(píng)價(jià)道。

機(jī)器人之前已經(jīng)改變了DNA、RNA和短蛋白制造。這方面進(jìn)展很快，是因?yàn)樵诿恳环N情況下，它們都由數(shù)量相對(duì)較少的“積木”組合而成，后者通過(guò)形成相同的化學(xué)鍵連接起來(lái)。

但對(duì)于有機(jī)小分子來(lái)說(shuō)就不一樣了。它們利用一系列反應(yīng)條件、催化劑、試劑等，在不同的原子之間、不同的方向和角度上形成化學(xué)鍵。這就好像只有擁有精巧的技術(shù)才能將形狀不規(guī)則的木塊石塊打磨好，放在理想的建筑中。

合成有機(jī)化學(xué)看起來(lái)只對(duì)那些有豐富經(jīng)驗(yàn)的人友好。“我們?cè)噲D改變這一點(diǎn)。”該研究通訊作者、伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校的化學(xué)家Martin Burke說(shuō)，“新方法以非常簡(jiǎn)單的方式制造了非常復(fù)雜的3D小分子。”

研究人員使用超共軛和位阻調(diào)控的方式制備了一種新型的四甲基N—甲基亞氨基二乙酸(TIDA)硼酸酯，可以高效實(shí)現(xiàn)飽和sp3碳原子的自動(dòng)迭代偶聯(lián)組裝。這個(gè)名為T(mén)IDA硼酸鹽的偶聯(lián)平臺(tái)解開(kāi)了缺失的3D空間，實(shí)現(xiàn)了基于“積木”的自動(dòng)化合成。

作為案例，新系統(tǒng)平臺(tái)自動(dòng)合成了兩種復(fù)雜的天然產(chǎn)物，一種稱(chēng)為碘霉素 C的抗生素和一種稱(chēng)為 sch725674的抗真菌化合物。二者都包含手性中心，這種手性中心是許多藥物和有機(jī)化合物功能的關(guān)鍵。

除了包含更多功能之外，在對(duì)常見(jiàn)的交叉偶聯(lián)反應(yīng)和化學(xué)轉(zhuǎn)化中，TIDA 硼酸鹽偶聯(lián)平臺(tái)的穩(wěn)定性比很多科學(xué)家正在使用的第一代偶聯(lián)平臺(tái)——N—甲基亞氨基二乙酸(MIDA)硼酸鹽高 1000 倍。它們?cè)谒幸卜浅７€(wěn)定，可以在更廣泛的條件下簡(jiǎn)單合成更多種類(lèi)的化學(xué)品。

Burke表示，“原來(lái)的系統(tǒng)平臺(tái)就像方方正正的兒童積木，可以建造一個(gè)漂亮、簡(jiǎn)單的玩具屋。而新系統(tǒng)則像為成年人打造的酷炫、復(fù)雜的積木套件，可以幫助建造蝙蝠俠的戰(zhàn)車(chē)。”(作者：王方)