1729384520
2024-10-19 23:40:00
イリノイ大学で開発された、酵素をヒントにした新しい低分子触媒は、アルコールとアルケンを適切な近接および位置に保持して、多くの消費財や医薬品の重要な機能成分であるエーテルに結合します。クレジット: ホセ・バスケス
イリノイ大学の化学者は、エーテル合成を効率化し、より効率的かつ多用途にするための酵素にヒントを得た触媒を開発しました。この画期的な進歩により、より少ない手順と材料で複雑なエーテルを作成できるようになり、化学や産業における幅広い用途の可能性が秘められています。
イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の化学者らは、酵素にインスピレーションを得て、数多くの医薬品、食品、パーソナルケア製品、その他の消費財の必須成分であるエーテルの合成を効率化する触媒を開発した。この触媒は 2 つの化学成分を最適な近接性と配向で整列させ、従来の合成法で通常必要とされる追加の手順や量を必要とせずに反応できるようにします。
I大学化学教授M. クリスティーナ・ホワイト率いる研究者らは、研究結果を雑誌に発表した。 科学。
「エーテルは非常に重要な分子であり、あらゆるものに含まれています。そして私たちのアプローチはエーテルの製造プロセスを本当に合理化し、これまでできなかったエーテルを作ることができるようになります」とホワイト氏は語った。 「私たちは常に自然からインスピレーションを受けています。酵素は、これらの反応をより良く、より簡単に、より効率的に行う方法を示してくれました。」
エーテル合成における課題
この研究の筆頭著者である大学院生のスヴェン・カスター氏によると、エーテルを作るための理想的な成分の組み合わせはアルコールとアルケンと呼ばれる炭化水素だが、混ぜ合わせても単独では反応しないという。教科書的なプロトコルでは、アルコールからプロトンを取り出すことで反応性を高めますが、生成物の混合カクテルが生成され、そこから目的のエーテルを抽出する必要があります。また、有用なエーテルを生成するには大量の成分が必要ですが、複雑で貴重な成分には現実的ではありません。
「私たちは問題を解決するために別のアプローチをとりました」とカスター氏は語った。 「アルコールを活性化したくなかったし、大量の反応相手を使用する必要もありませんでした。」
研究者らは、アルケンの炭素と水素の間の結合を切断してアルコールと反応させることができる金属パラジウムを含む自己組織化小分子触媒を開発した。彼らはこの触媒をSOXと名付けました。しかし、アルケンを反応させるだけでは、研究者が望んでいたエーテルを生成するには十分ではありませんでした。
幅広い応用と将来の研究
ホワイト氏によると、彼らはインスピレーションを得るために生物学に目を向け、酵素が自然界の複雑な反応をどのように触媒するのかを調べた。それは、反応相手を近くに、そして反応するのに正しい方向に配置することによってだったという。彼らは、活性化されたアルケンとアルコールが適切に整列して目的のエーテルを生成できるように、特定の形状と電子特性を備えた SOX 触媒のバージョンである Sven-SOX を製造しました。
「2人が手を繋ぎたければ、お互いが近くにいなければならないようなものです。しかし、それを快適に行うためには、正しい方向を向いていなければなりません」とホワイトは語った。 「私たちは、近接性と位置という 2 つの機能を組み合わせて、独自の自己組織化『酵素』を構築しましたが、その構成要素は単純でした。」
Sven-SOX 触媒は、広範囲のエーテル生成反応に作用しました。研究者らは、これまで他の方法で製造するのが困難であった複雑でかさばるエーテルを含む、130以上のエーテルを製造した。
「私たちのアプローチの主な利点は汎用性です。これまでに作られたことのない、新しい機能や有用な機能を持つ可能性のあるエーテルをたくさん作ることができます」とカスター氏は語った。 「非常にかさばって通常は組み立てるのが難しいコンポーネントでエーテルを作ることができます。私たちの反応は非常に穏やかな条件で行われるため、通常、教科書的な方法では望ましくない反応が起こるであろう非常に敏感なグループを許容することができます。もう 1 つの利点は、より少ない材料とより少ない手順でこれらのエーテルをより効率的に製造できることです。中学生でもできる処置だよ。」
プロセスを説明するビデオ。クレジット: イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校
次に、研究者らは、他のクラスの化学物質を製造するための酵素のような特性を持つ可能性のある他の小分子触媒を探索する予定です。彼らはまた、エーテル反応とそれを最適化する方法についても研究を続ける予定です。
「これは基礎科学の重要性と、酵素のように機能する小分子の力を本当に浮き彫りにしています」とホワイト氏は語った。 「この研究は、将来そのような触媒を設計し、自然界で酵素が使用するツールを利用することについてどのように考えるかを私たちに示しました。私たちはそれを将来の触媒設計に組み込んで、化学、医学、産業における重要な問題を解決したいと考えています。」
参考文献：「対アニオンの位置調整によるアルコールとオレフィンのパラジウム触媒クロスカップリング」Sven HM Kaster、Lei Zhu、William L. Lyon、Rulin Ma、Stephen E. Ammann および M. Christina White 著、2024 年 9 月 5 日、 科学。
DOI: 10.1126/science.ado8027
国立衛生研究所の国立総合医学研究所がこの研究を支援しました。
#革命的な触媒が酵素を模倣しよりシンプルで効率的な生産を実現