長期以來,生物學(xué)中最常見的化學(xué)鍵——碳和氫之間的化學(xué)鍵——一直抵制化學(xué)家打開它的嘗試,從而阻礙了為舊的碳基分子添加新鈴鐺的過程。
現(xiàn)在,經(jīng)過加州大學(xué)伯克利分?;瘜W(xué)家近25年的努力,那些碳?xì)浠衔镦I(占石油和塑料中所有化學(xué)鍵的三分之二)已經(jīng)完全產(chǎn)生,這為大量碳?xì)浠衔锏暮铣纱蜷_了大門。一系列新的有機分子,包括基于天然化合物的藥物。
加州大學(xué)伯克利分校有機化學(xué)系主任約翰拉波特說:“碳?xì)滏I通常是框架的一部分,也是分子的惰性部分?!?
“能夠在這些位置反應(yīng)總是一個挑戰(zhàn),也是合成的圣杯,因為到目前為止,還沒有任何試劑或催化劑可以讓你在這些鍵的最強處添加任何東西。”
Hartwig和其他研究人員先前已經(jīng)演示了如何在CH鍵上添加更容易斷裂的新化學(xué)基團,但他們只能將其添加到簡單烴鏈的最強位置。
在5月15日出版的《科學(xué)》雜志中,Hartwig和他的加州大學(xué)伯克利分校的同事描述了如何使用新設(shè)計的催化劑在最困難的碳?xì)滏I上添加功能化學(xué)基團:這些鍵通常位于分子中,頭或尾碳原子中有三個相連的氫原子,即甲基(CH3)。
他說:“主CH鍵是鏈末端的甲基,它的電子最少,最強?!?它們通常是CH鍵中最不活躍的."
加州大學(xué)伯克利分校博士后研究員拉斐爾奧施格(Raphael Oeschger)發(fā)現(xiàn)了銥基催化劑的新版本,它在末端甲基上打開了三個ch鍵中的一個,并插入了一種硼化合物,這種化合物很容易被更復(fù)雜的化學(xué)基團取代。
新催化劑的效率是以前催化劑的50多倍,使用起來也一樣方便。
哈特維格說:“我們現(xiàn)在有能力進行這些類型的反應(yīng),這將使人們能夠快速制造以前無法制造的分子。”
“我不會說這些分子以前不能制造,但人們不會制造它們,因為制造它們需要太長時間、太多時間和研究工作?!?
回報可能是巨大的。每年,工業(yè)中有近十億磅的碳?xì)浠衔锉挥糜谥圃烊軇⒅评鋭?、阻燃劑和其他化學(xué)品,它們是合成藥物的典型起點。
為了證明催化反應(yīng)的實用性,加州大學(xué)伯克利分校博士后研究員薄蘇和他的同事在實驗室用它在63種不同分子結(jié)構(gòu)的末端或主碳原子上添加硼化合物或硼烷。
然后硼烷可以被任意數(shù)量的化學(xué)基團取代。該反應(yīng)對末端CH鍵有特異性,但當(dāng)分子沒有末端CH時,該反應(yīng)可以作用于其他CH鍵。
哈特維格說,“我們用硼烷作為試劑形成硼碳鍵——離螞蟻毒和硼酸只有幾步之遙,碳硼鍵可以轉(zhuǎn)化成許多不同的東西?!?
“通常可以生成碳氧鍵,但也可以形成碳氮鍵、碳碳鍵、碳氟鍵或其他碳鹵鍵。因此,一旦碳硼鍵完成,就可以制造出許多不同的化合物?!?
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