普林斯顿大学 将酮底物的外消旋化(左)和生物催化还原结合成对映体纯的醇产物(中心)的整体转化，以及这种化学释放的关键烯胺基自由基种类，使得典型的静态β-酮立体中心的外消旋化成为可能(右)
信用:雅各布·德霍维茨 普林斯顿大学化学系的两个实验室之间的合作产生了一个引人注目的新平台，使化学家能够重新诠释立体化学和立体控制的规则，这对制药和农业化学工业具有重要意义
该研究证明了光解催化通过连续可控地断裂和重新形成分子键而获得传统静态立体中心并使其动态化的能力
它向科学家展示了以简洁、有效的步骤设定复杂目标化合物的立体中心而不是一次设定一个立体中心的前景
(立体中心给出了分子的镜像不对称，这在合成过程中决定生物活性是很重要的
) 这项合作将麦克米伦实验室和海斯特实验室的专业知识结合在一起
《科学》杂志本周刊登了一篇题为“静态诱导动态立体控制:外消旋β-取代酮的聚合应用”的论文
化学助理教授托德·海斯特说:“通常情况下，当你考虑构建带有立体中心的分子时，你会考虑在成键过程中设置立体中心。”
“我们发现，如果你使用光解催化，你可以从本质上打开机制，制造立体中心，否则这些立体中心将是静止的，或者是固定的
您可以动态渲染它们
“当你将它们与高选择性酶结合时，你可以考虑用全新的方式构建立体化学复杂分子
" 立体化学涉及原子的空间排列，以及如何在分子结构中操纵它们以获得期望的结果
这是因为碳有四个取代基
那四个取代基是不同的；它们必须是彼此的镜像
这些镜像被称为对映体
例如，我们的手是对映异构体；他们是彼此的镜像
这实际上意味着它们不能重叠——左手手套不适合右手
人体对药物的反应完全相同
我们的生物物质是由一系列镜像组成的，而不是另一系列
即使一种是镜像，另一种不是，身体也能识别出两种看起来相同的药物之间的区别
这种认知会影响吸收，从而影响治疗的效果
麦克米伦和海斯特的研究发现了一种方法，可以将立体中心的构型从其形成或外消旋的步骤中分离出来
能够控制这种外消旋化对开发最有效的药物很重要
“这是一项令人兴奋的研究，原因有很多，其中最重要的是你可以基本上制造一个分子，你可以说，也许我真的想改变那个立体中心，使它变成别的东西
你实际上可以回去做，”詹姆斯·S·大卫·麦克米伦说
麦克唐纳大学杰出化学教授
“这是我们认为在有机化学中以前没有真正这样做过的事情，因此它打开了一些非凡的机会
" 酶促进结果 麦克米伦说，正是将高选择性酶引入这一过程，推动了研究从“B+到A+”的进展
“酶有这种方式能够传递所谓的立体控制，或者引入非常特殊的形状来完成普通催化剂不能完成的化学反应，”他说
“通过将这两种想法结合在一起，它为如何构建立体化学提供了一种全新的方法
" 在这个过程中，幕后发生了很多事情
当科学家合成一个有几个立体中心的化合物时，他们假设一旦中心被“设定”，它就不能翻转或变得动态
“分子按顺序合成:形成一个中心，然后锁定；然后另一个形成了，然后它被锁住了，等等
海斯特实验室的五年级研究生雅各布·德霍维茨是这篇论文的主要作者，他解释了这项研究中描述的反应是如何让科学家解开这个谜团的
反应有两个重要部分
在前半部分，两种关键物质由酮起始原料形成
第一个物种被称为烯胺，关键是因为它可以被光解催化剂靶向
第二种物质——烯胺基自由基——是由这一步产生的，它破坏了最初的分子立体中心，并在这一过程中建立了下一步
“后一半是生物催化反应
溶液中的酶——在这种情况下，主要是酮还原酶——还原一种酮对映体，这种酮对映体在溶液中不断外消旋，形成在我们的条件下不能外消旋的醇产物
关键是，另一种酮对映体不与酮还原酶反应，因为它不能进入酶的活性部位
对一种对映异构体的这种偏向很重要，因为它能防止酮还原酶不希望地形成其他醇立体异构体
“如果生物催化反应与新的外消旋化条件相结合，在新的条件下，起始原料对映体不断外消旋化，那么化学家理论上可以提供高达100%的所需产物，使效率翻倍，”德霍维茨说
这项研究代表了两个实验室三年的合作研究
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