伊利诺伊大学的化学家们开发出一种酶启发催化剂，简化了醚的合成过程，使其更高效、用途更广泛。 这一突破使复杂醚的合成只需更少的步骤和材料，有望在化学和工业领域得到广泛应用。
伊利诺伊大学开发的一种受酶启发的新型小分子催化剂能将醇和烯保持在恰到好处的距离和位置，以连接成醚，而醚是许多消费品和药品的关键功能成分。 图片来源：Jose Vazquez
受酶的启发，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的化学家们创造了一种催化剂，它能简化醚类化合物的合成过程，而醚类化合物是众多药物、食品、个人护理产品和其他消费品中的重要成分。 这种催化剂将两种化学成分以最佳的距离和方向排列，使它们能够发生反应，而无需传统合成方法通常需要的额外步骤和数量。
在伊利诺伊大学化学教授克里斯蒂娜-怀特（M. Christina White）的领导下，研究人员在 Science杂志上发表了他们的研究成果。
怀特说："醚是非常重要的分子--它们存在于万物之中--我们的方法确实简化了制造它们的过程，也让我们制造出了以前无法制造的醚。我们的灵感总是来自大自然。 酶向我们展示了如何更好、更简单、更高效地完成这些反应"。"
该研究的第一作者、研究生斯文-卡斯特（Sven Kaster）说，制造醚的理想配料是一种醇和一种叫做烯的碳氢化合物，但它们混合在一起不会自行反应。 教科书上的方法是将一个质子从酒精中分离出来，使其发生反应，但这样会产生一种混合的鸡尾酒产物，必须从中提取出所需的醚。 此外，这种方法还需要大量的成分才能产生足够有用的乙醚，这对于复杂的贵重成分来说并不实用。
"我们采取了不同的方法来解决问题，"卡斯特说。"我们不想活化酒精，也不想使用大量的反应物"。
研究人员开发出了含有金属钯的自组装小分子催化剂，这种催化剂可以裂解烯烃中碳和氢之间的键，使其与酒精发生反应。 他们将这种催化剂命名为 SOX。 然而，仅仅使烯发生反应还不足以产生研究人员想要的醚。
他们从生物学中寻找灵感，研究自然界中的酶是如何催化复杂反应的：把反应组合放在一起，以正确的方向进行反应。 他们制造出了一种具有特定几何形状和电子特性的 SOX 催化剂 Sven-SOX，这样活化烯和醇就能恰到好处地排列在一起，生成所需的醚。
"这就好比，如果两个人想要牵手，他们必须紧紧靠在一起。 但要更轻松地完成这个动作，他们还必须朝向正确的方向，"怀特说。"我们把这两种功能（接近和位置）结合在一起，建立了我们自己的自组装'酶'，但成分很简单"。
Sven-SOX 催化剂在广泛的醚生成反应中都能发挥作用。 研究人员生产出了 130 多种醚，包括迄今为止用其他方法难以生产的复杂、笨重的醚。
"我们的方法的主要优势在于通用性。 我们可以制造出很多以前没有制造过的醚，它们可能具有新的或有用的功能，"卡斯特说。"我们可以用非常笨重、通常很难组合在一起的成分制造醚。 我们的反应条件也非常温和，正因为如此，我们可以容忍非常敏感的基团，在教科书方法下，这些基团通常会发生我们不希望发生的反应。 另一个优势是，我们能更高效地制造这些醚，使用更少的材料和更少的步骤。 这是一个初中生就能完成的程序。"
演示该过程的视频。 资料来源：伊利诺伊大学香槟分校
接下来，研究人员计划探索其他小分子催化剂，这些催化剂可能具有类似酶的特性，用于制造其他类别的化学品。 他们还将继续探索醚反应以及如何优化这些反应。
怀特说："这确实凸显了基础科学的重要性，以及小分子像酶一样发挥作用的能力。这项工作向我们展示了今后如何考虑设计这种催化剂，以及如何利用酶在自然界中使用的工具。 我们希望将其融入未来的催化剂设计中，以解决化学、医学和工业中的重要问题。"
编译自/SciTechDaily