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有機不對稱合成領域第三次獲諾獎!專家:有助工業及藥物催化劑設計

今年諾貝爾化學獎頒發給亨利.B.卡甘(Henri B. Kagan)和硤合憲三(Kenso Soai)表彰兩人分別發現不對稱合成中的非線性效應與不對稱自催化作用。台灣科技媒體中心舉辦線上記者會並邀請專家解析並指出,這些發現及其提出的理論,提供我們重要的線索,讓我們更了解生物的單一手性化合物的存在原因,也有助於化學合成工業以及藥物研製過程中的催化劑設計。

中央研究院化學研究所研究員陳榮傑表示,今年諾貝爾化學獎表彰的是不對稱合成中的非線性效應與自催化作用。他解釋,許多分子具有兩種互為鏡像、卻無法完全重疊的結構,就如同人的左手與右手一般;而在生物體內,往往只會偏好或存在其中一種特定手性的分子,因此如何精準合成所需要的手性分子,在化學、生命科學與藥物開發上都具有重要意義。

陳榮傑提到,這是諾貝爾獎第三次頒給有機不對稱化學合成相關領域的科學家,第一次是2001年頒給不對稱有機金屬催化,是化學家首次以人工設計的手性過渡金屬催化劑,控制與製造單一手性化合物。第二次是2021年頒給不對稱有機催化,化學家不需要使用金屬,僅靠小分子有機催化劑就能做出不對稱有機化學合成。

陳榮傑指出,今年的獲獎研究顯示,催化劑不需要100%的單一手性,仍可能產出高比例的單一手性產物,理解這個原理後,未來要設計催化系統就可以省下很多功夫。以左右手作比喻,過去人們可能直覺認為,要大量製造「右手」模型,就必須準備幾乎全部都是「右手」的模具;但卡甘的研究發現,在某些催化反應中,即使模具裡混有少量「左手」模具,最後仍可能製造出以「右手」為主、而且比例相當高的產物。也就是說,催化劑與產物的手性比例之間,並不是簡單的一比一線性關係。

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陳榮傑說明,硤合憲三的重要貢獻,是發現「不對稱自催化反應」。所謂自催化,是指反應生成的手性產物,本身又能充當催化劑,繼續催化產生更多具有相同手性的分子。更重要的是,這樣的反應可以將原本極微小的手性差異逐步放大,最終使其中一種手性分子占據絕大多數。

中央研究院化學研究所副研究員謝俊結以「沙利竇邁」為例,說明為什麼製藥工業追求高純度單一手性化合物的合成。謝表示,沙利竇邁是治療孕吐的藥物,製造過程會出現兩個手性、互為鏡像的化合物,一個會減緩孕吐,另一個則為導致胎兒畸形。為此後續藥品審核便將單一手性純度化合物列為規範。

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若以自然界舉例,謝俊結表示,天然的氨基酸大都是左旋,會有這個現象是因為,在自然演化合成的過程,如果其中一種偏好左旋手性的酵素數量多於另一個手性,就會產出較大量左旋手性的胺基酸,過程中生成的手性氨基酸也參與後續催化反應(也就是自催化現象),最終天然生成的氨基酸就呈現單一手性。

台灣師範大學化學系教授吳學亮提到,雖然目前非線性效應的理論尚未真正應用在化學工業,但未來理論逐漸成熟後,會改變催化系統的設計。

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