<p>當(dāng)被要求簽名、梳頭或使用剪刀時(shí)，大多數(shù)人更喜歡用一只手而不是另一只手。但是左撇子或右撇子不僅僅存在于人類身上。許多分子，尤其是有機(jī)分子，也表現(xiàn)出手性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在化學(xué)的某些領(lǐng)域，特別是在藥物的生產(chǎn)中，分子的手性是至關(guān)重要的。藥物沙利度胺在20世紀(jì)中期聲名狼藉，因?yàn)樗^的右撇子版本可以緩解晨吐，而左撇子版本會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的出生缺陷。(我們將詳細(xì)解釋化學(xué)手性，也稱為手性，是什么意思)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>由于旋向性在化學(xué)中非常重要，人們花了大量精力來控制化學(xué)合成過程中產(chǎn)生的分子是左手分子還是右手分子。現(xiàn)在，在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文中，加州理工學(xué)院化學(xué)教授Hosea Nelson(13屆博士)描述了他在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的一種新技術(shù)，該技術(shù)允許在化學(xué)反應(yīng)中精確選擇分子的手性。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Nelson_Hosea-Faculty-4851-WEB.max-250x250.jpg" alt="Hosea Nelson poses in front of a campus building, smiling. He wears a button-down shirt and a blazer." width="250" height="166" />&nbsp;</p> <p>首先，我們需要解釋分子中的利手性。為了演示，在你面前伸出你的兩只手，手掌朝外。兩只手互為鏡像，對(duì)吧?現(xiàn)在，把你的左手翻轉(zhuǎn)過來。一只手掌朝你，另一只手掌朝外，你的拇指朝向同一個(gè)方向，小指在同一側(cè)，但你的手是不一樣的。一只手的手指向外彎曲，另一只手的手指向你彎曲。無論你用哪種方式轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)任何一只手，它們總是彼此的鏡像，而不是完全相同。</p> <p>&nbsp;</p> <p>某些分子也是如此(見下圖)，這種特征在化學(xué)中被稱為手性(來源于希臘語中手的意思，cheir)。由于某些尚未完全了解的原因，生物更喜歡它們用于特定目的的分子是一種形式或另一種形式。例如，大多數(shù)糖是右撇子，而大多數(shù)氨基酸是左撇子。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Chirality_with_hands.svg.max-500x500.png" alt="A diagram showing an amino acid in both left-handed and right-handed forms, superimposed over left and right hands." width="500" height="339" />&nbsp;</p> <p>在《科學(xué)》雜志的論文中，Nelson描述了一種新的化學(xué)合成技術(shù)，這種技術(shù)在制造左手分子或右手分子時(shí)具有高度選擇性，這取決于所需的分子。這項(xiàng)技術(shù)利用了一類被稱為碳正離子的分子，碳正離子是碳原子帶正電荷的離子。</p> <p>&nbsp;</p> <p>碳正離子在化學(xué)中有著悠久的歷史，因?yàn)樗鼈兙哂泻軓?qiáng)的活性。碳正離子反應(yīng)已被用于聚合物、類固醇和藥品的生產(chǎn)，但直到現(xiàn)在，研究人員還不能控制反應(yīng)，使其只產(chǎn)生左手或右手分子。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，碳正離子反應(yīng)在自然界中也隨處可見，它們被用來制造蛋白質(zhì)、糖和其他許多生物有機(jī)體所必需的分子。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;碳正離子是所有生命分子的基本組成部分，&rdquo;尼爾森說。&ldquo;大自然一直在用它們來制造這種或那種分子。我們一直未能做到這一點(diǎn)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>但現(xiàn)在我們可以了。尼爾森利用德國化學(xué)家本杰明&middot;李斯特(Benjamin List，他獲得了2021年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))開發(fā)的一類催化劑，利用碳正離子反應(yīng)，使其只產(chǎn)生所需分子的左手或右手形式。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些碳正離子反應(yīng)的工作原理是將含有單個(gè)碳原子和氫原子的分子塊插入到更大分子中的精確位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>就它們自身而言，這些反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生所需分子的兩種形式。尼爾森使用的合成催化劑借鑒了天然催化劑&mdash;&mdash;酶&mdash;&mdash;的一個(gè)訣竅，迫使它們形成一種形式或另一種形式。酶和由它們激發(fā)的催化劑都有一個(gè)空腔來進(jìn)行反應(yīng)。腔體的形狀決定了要?jiǎng)?chuàng)建的形狀。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了描繪這是如何工作的，想象一下如果你想做一堆橡膠手，但你希望所有的手都是左撇子。有一種方法可以做到這一點(diǎn)，那就是找一只左撇子手套，然后把液體橡膠倒進(jìn)去。在橡膠套后，你可以把橡膠手從手套里拿出來，它就是左手的。右手用的手套會(huì)變成右手用的橡膠手。</p> <p>&nbsp;</p> <p>尼爾森說，他希望看到這種反應(yīng)能夠更實(shí)際地應(yīng)用，以便將其從實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中移出，進(jìn)入藥物化學(xué)世界，他希望它最終能被用于更有效地合成藥物。</p> <p>&nbsp;</p> <p>描述這項(xiàng)工作的論文題為&ldquo;乙烯基碳正離子的催化不對(duì)稱C-H插入反應(yīng)&rdquo;，發(fā)表在12月9日的《科學(xué)》雜志上。合著者是加州理工學(xué)院化學(xué)系研究生Sepand K. nstanaki和Chloe G. Williams;加州大學(xué)洛杉磯分校的Benjamin Wigman, Jonathan J. Wong, Stasik Popov和K. N. Houk;布列塔尼&middot;c&middot;哈斯、曾在猶他大學(xué)工作、現(xiàn)供職于輝瑞公司的雅各布&middot;沃斯，以及猶他大學(xué)的馬修&middot;s&middot;西格曼。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究的資金由美國國立衛(wèi)生研究院和美國國家科學(xué)基金會(huì)提供。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>