<p>當被要求簽名、梳頭或使用剪刀時，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，尤其是有機分子，也表現(xiàn)出手性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在化學的某些領域，特別是在藥物的生產(chǎn)中，分子的手性是至關重要的。藥物沙利度胺在20世紀中期聲名狼藉，因為它所謂的右撇子版本可以緩解晨吐，而左撇子版本會導致嚴重的出生缺陷。(我們將詳細解釋化學手性，也稱為手性，是什么意思)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>由于旋向性在化學中非常重要，人們花了大量精力來控制化學合成過程中產(chǎn)生的分子是左手分子還是右手分子。現(xiàn)在，在《科學》雜志上發(fā)表的一篇論文中，加州理工學院化學教授Hosea Nelson(13屆博士)描述了他在實驗室設計的一種新技術(shù)，該技術(shù)允許在化學反應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》雜志的論文中，Nelson描述了一種新的化學合成技術(shù)，這種技術(shù)在制造左手分子或右手分子時具有高度選擇性，這取決于所需的分子。這項技術(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>碳正離子在化學中有著悠久的歷史，因為它們具有很強的活性。碳正離子反應已被用于聚合物、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，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。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>但現(xiàn)在我們可以了。尼爾森利用德國化學家本杰明&middot;李斯特(Benjamin List，他獲得了2021年的諾貝爾化學獎)開發(fā)的一類催化劑，利用碳正離子反應，使其只產(chǎn)生所需分子的左手或右手形式。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些碳正離子反應的工作原理是將含有單個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，這些反應會產(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)的催化劑都有一個空腔來進行反應。腔體的形狀決定了要創(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，那就是找一只左撇子手套，然后把液體橡膠倒進去。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能夠更實際地應用，以便將其從實驗室環(huán)境中移出，進入藥物化學世界，他希望它最終能被用于更有效地合成藥物。</p> <p>&nbsp;</p> <p>描述這項工作的論文題為&ldquo;乙烯基碳正離子的催化不對稱C-H插入反應&rdquo;，發(fā)表在12月9日的《科學》雜志上。合著者是加州理工學院化學系研究生Sepand K. nstanaki和Chloe G. Williams;加州大學洛杉磯分校的Benjamin Wigman, Jonathan J. Wong, Stasik Popov和K. N. Houk;布列塔尼&middot;c&middot;哈斯、曾在猶他大學工作、現(xiàn)供職于輝瑞公司的雅各布&middot;沃斯，以及猶他大學的馬修&middot;s&middot;西格曼。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究的資金由美國國立衛(wèi)生研究院和美國國家科學基金會提供。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>