分子機器雛形

2017年9月26日 | Filed under: 制藥工業(yè),制藥企業(yè),藥物化學,新藥研發(fā),制藥常識,文獻綜合 | Posted by: 路人丙

Molecular-switch (1)

【新聞事件】：上一周的《自然》雜志發(fā)表了一篇英國科學家David Leigh小組發(fā)表的文章，公布他們所謂的分子機器雛形。這個分子機器有兩個組裝中心和一個能在兩個中心之間走動的分子機器手組成。這個機器手受一個分子開關的控制，可以根據酸堿性決定機器手在哪個組裝中心。作者用這個分子機器用兩步化學反應合成了一個簡單化合物的四個異構體。每步反應所在的反應中心都可以控制，所以可以選擇性得到任何一個異構體。

【藥源解析】：分子機器最早是Richard Feyman提出的一個概念，這個理想機器可以根據輸入在原子水平精確組裝目標分子。后來Eric Drexler把這個概念具體化了，此人被認為是納米技術的創(chuàng)始人。但后來另一個納米技術創(chuàng)始人、因富勒烯（巴克球）獲得諾貝爾獎的Richard Smalley強烈質疑這個設想，兩人曾有一段公開辯論。最后一次是2003年C&EN News上的激烈對質，后來Smalley因癌癥英年早逝這個爭論也就自然停止了。

雖然去年諾貝爾化學獎授予分子機器零件的研究，但真正意義上的分子機器還是很初級。Leigh 小組2013年曾發(fā)表一篇影響很大的文章。他們設計了一個類似核糖體合成蛋白一樣的裝置，這個所謂rotaxane反應體系有一個柱狀分子模板，上面儲存需要組裝的分子零件。一個攜帶反應起始物的環(huán)狀分子可以在這個柱狀模板上滑行，按次序提取、組裝分子零件。只有第一個零件被取走這個環(huán)才能移動到下一個零件。這類似宏觀世界的生產線。

上周發(fā)表的這個工作沒有利用rotaxane那樣所謂的超分子（supramolecule），而是一個小分子機器。這個工作用的兩個反應并無特殊之處，通過底物控制立體選擇性也是非常基礎的化學技巧，他們得到的選擇性也平常得不能再平常（2：1左右），但是這個受pH控制的軸非常有創(chuàng)意。這個軸可以控制在反應的不同階段底物到哪個反應中心、發(fā)生哪種反應。但這個體系據我看并不能自動運轉分子零件，這需要人工幫助（這個工作用了獲得2005年諾貝爾化學家獎的RCM反應）。

雖然和其它重要技術的童年一樣，這個機器現在效率還很低、功能也十分有限，但這個設計概念驗證了一個理念，即在微觀水平通過分子機器控制化學反應發(fā)生的空間位置。最近20年一半的諾貝爾化學獎給了生物學家，化學似乎已經陷入窮途末路。合成化學更是成為其過去的成功的犧牲品，大家普遍認為這個學科已經沒有發(fā)展空間，再復雜的分子現在合成都不是事兒。類似分子機器和去年Martin Burke提出的化學登月計劃這樣大尺度思路有助于激發(fā)年輕一代化學家的創(chuàng)造性、吸引社會對化學這個所謂成熟學科的關注，對化學的發(fā)展是個好事。

美中藥源原創(chuàng)文章，轉載注明出處并添加超鏈接，商業(yè)用途需經書面授權。
★更多深度解析訪問《美中藥源》~

★ 請關注《美中藥源》微信公眾號 ★