伊利诺伊大学香槟分校的化学家从酶中得到启发，开发出一种催化剂，以简化醚的合成，醚是许多药物、食品、个人护理用品和其他消费品的关键功能成分。这种催化剂将两种化学成分放在恰到好处的距离和位置上，从而避免了标准合成方案所需的步骤和数量。

在伊利诺伊大学化学教授M.ChristinaWhite的带领下，研究人员在《科学》杂志上发表了他们的研究成果。

“醚是非常重要的分子——它们存在于一切物质中——我们的方法确实简化了制造醚的过程，并让我们能够制造出以前无法制造的醚，”怀特说。“我们总是受到大自然的启发。酶向我们展示了如何更好、更简单、更有效地进行这些反应。”

这项研究的第一作者、研究生斯文·卡斯特(SvenKaster)表示，制造醚的理想成分组合是酒精和一种称为烯烃的碳氢化合物，但如果将它们混合在一起，它们不会自行发生反应。教科书上的方案包括从酒精中分离出一个质子，这使其具有反应性，但会产生混合物，必须从中提取所需的醚。它还需要大量的成分才能产生足够的醚以供使用，这对于复杂、有价值的成分来说并不实用。

“我们采取了不同的方法来解决这个问题，”卡斯特说。“我们不想激活酒精，也不想使用大量的反应物。”

研究人员开发出了一种自组装小分子催化剂，其中含有金属钯，可以切断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，仅仅使烯烃具有反应性还不足以产生研究人员想要的醚。

图片来源：伊利诺伊大学香槟分校

他们从生物学中寻找灵感，研究酶如何在自然界中催化复杂的反应：通过将反应伙伴放在一起并以正确的方向进行反应，怀特说。他们生产了一种SOX催化剂Sven-SOX，具有特定的几何形状和电子特性，因此活化的烯烃和醇可以恰好对齐以产生所需的醚。

“这就像两个人如果想牵手，他们必须靠得很近。但要想牵得舒服，他们还必须面朝正确的方向，”怀特说。“我们将这两种功能——接近度和位置——结合在一起，用简单的组件构建了我们自己的自组装‘酶’。”

Sven-SOX催化剂适用于多种醚生成反应。研究人员生成了130多种醚，包括迄今为止通过其他方式难以生成的复杂大分子醚。

“我们的方法的主要优势在于通用性。我们可以制造出许多以前从未制造过的醚，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且通常难以组合的成分来制造醚。我们的反应条件也非常温和，因此，我们可以容忍非常敏感的基团，而按照教科书上的方法，这些基团通常会发生我们不想要的反应。另一个优势是，我们可以更有效地制造这些醚，使用更少的材料和更少的步骤。这是一个中学生就可以做到的过程。”

下一步，研究人员计划探索其他可能具有类似酶的特性的小分子催化剂，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它们。

“这确实凸显了基础科学的重要性以及小分子发挥酶作用的能力，”怀特说。“这项研究向我们展示了如何在未来设计此类催化剂，并利用酶在自然界中使用的工具。我们希望将其纳入未来的催化剂设计中，以解决化学、医学和工业领域的重要问题。”

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