东京大学 高构型稳定性“手性锌”的构建
左图:四面体“手性锌”配合物的分子结构
手性四面体化合物的中心有一个锌离子(灰色球)，被一个三齿配体(连接原子用红色、绿色和黄色突出显示)和一个单齿配体(蓝色)包围
右图:四面体“手性锌”选择性结构的图解
“与锌原子结合的四个不同的臂形成成对对映体的一个镜像
信用:锡永子，抄送 研究人员设计并建造了一种新的化学工具，其灵感来自活生物体中天然的含金属酶
这种四面体“手性锌”产品保持其形状数年，为制造药物和光学电子器件提供了一种令人兴奋的新结构
专家们在“手性锌”周围加上引号，以强调一个手性键连接在锌上，而不是碰巧含有锌的分子中的另一个原子
“我们预计这项研究的结果将为化学教科书增添新的一页，并将对许多与物质合成相关的行业产生重大影响，”东京大学进行这项研究的实验室负责人盐野光彦教授说
该团队的研究结果发表在《自然通讯》上
这种化合物的一个基本特征是它在分子中心的锌原子上的手性
手性分子有两种形式，称为对映体
对映异构体是由相同的元素组成的，但是原子的三维方向不同，就像左手和右手一样
手性可以赋予化学物质独特的光学性质，这在电子学中很有用
一些手性药物分子在一个方向上是治疗性的，而在另一个方向上是毒性的，因此分离所需的对映体对于药物制造商来说通常是至关重要的，并且迫使化学反应仅产生所需的对映体的方法可以节省时间并减少浪费
化学家们已经开发了许多有效的方法来构建手性中心含有碳和其他非金属的手性化合物
此外，含有金属的手性催化剂的设计——但其手性不在金属原子中心——因其诱导碳中心手性的有用能力而获得2001年诺贝尔化学奖
然而，制造以金属为中心的手性分子仍然是一个公开的挑战
金属更难用作手性中心，因为它们形成的键通常不太稳定
“我的梦想有点大
“我希望元素周期表中的每一个元素都成为手性中心，”盐野亚说
单个锌原子被四个臂包围成三棱锥或四面体的形状在自然界中很常见——许多类型的四面体锌化合物，如锌指，与DNA结合，其他的控制哺乳动物细胞中的二氧化碳
合成化学家已经制造了三维五臂和六臂锌化合物，但是迄今为止制造的合成四面体锌化合物在它们的键分解之前仅仅稳定了几分钟
盐野亚的研究小组假设，如果附着在锌上的四个臂中的每一个都被赋予不同的角色，最终的手性分子可以保持稳定，并作为加速其他化学反应的有用工具
该团队的第一步是设计一个三臂结构，或不对称的三齿配体，并将这些臂连接到中心的锌原子上
“这是最困难的部分
在这项研究开始之前，还没有稳定四面体金属中心手性的成功例子，所以我们必须从头开始设计三齿配体
第一步产生等量的连接到三齿配体上的手性锌的每种对映体
然后，研究人员连接了一个中间的第四臂，称为辅助手性配体
这个手性配体给了整个四面体两个手性点——一个在第四臂，一个在锌中心
加热溶液可以诱导几乎所有的分子重新形成一种更稳定的对映体
最后一步是用一个非手性的第四臂代替手性的辅助臂
最终产物为100%纯的单一对映体晶体
随着时间的推移，甚至在将晶体溶解在溶剂中之后，该对映体的纯度仍保持在99%以上
一个可交换的臂留在“手性锌”上，然后可以用来加速化学反应产生有用的产品
此外，使用手性催化剂的一种对映体的纯溶液通常会引发化学反应，产生也是单一对映体的最终产物
“我们希望许多化学家将开始使用四面体金属络合物作为催化剂，为社会制造有用的产品，”盐野亚说
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