新技术允许精确选择化学反应中的分子手性

当被要求签名、梳理头发或使用剪刀时，大多数人更喜欢用一只手而不是另一只手。但是，左撇子或右撇子(惯用手)是一种不仅存在于人身上的特征。许多分子，尤其是有机分子，也表现出旋向性。

在某些化学领域，特别是在药物生产中，分子的旋向性至关重要。药物沙利度胺在20世纪中叶声名狼藉，因为虽然其所谓的右手版本可以缓解孕吐，但左手版本会导致严重的先天缺陷。

由于旋手性在化学中非常重要，因此人们做出了大量努力来控制化学合成产生的是左手分子还是右手分子。现在，在《科学》杂志上发表的一篇论文中，加州理工学院化学教授HoseaNelson描述了他实验室设计的一项新技术，该技术可以精确选择化学反应中的分子旋向性。

不过，首先，我们需要解释旋手性在分子中的含义。为了演示，将双手放在身前，手掌朝外。手是彼此的镜像，对吧?现在，翻转你的左手。一只手掌朝外，一只手掌朝外，拇指朝同一个方向，小指在同一侧，但双手并不完全相同。一只手的手指向远离您的方向弯曲，而另一只手的手指向您弯曲。无论您用哪只手转动或旋转，它们始终是彼此的镜像，而不是相同的。

一些分子也是如此，这是化学中称为手性的特征(来自希腊语中的手，cheir)。由于尚未完全理解的原因，生物体更喜欢它们用于特定目的的分子是一种形式或另一种形式。例如，大多数糖是右旋的，而大多数氨基酸是左旋的。

在科学论文中，尼尔森描述了一种新的化学合成技术，该技术在制造左手或右手分子时具有高度选择性，具体取决于所需的内容。该技术利用了一类称为碳阳离子的分子，碳阳离子是一种简单的离子，其中的碳原子带有正电荷。

碳正离子在化学中有着悠久的历史，因为它们具有很强的反应性。碳阳离子反应已被用于生产聚合物、类固醇和药物产品，但直到现在，研究人员还无法以仅产生左手或右手分子的方式控制反应。

然而，在整个自然界中也发现了碳正离子反应，它们被用来制造蛋白质、糖和许多其他生物体所必需的分子。

“碳阳离子是所有生命分子的基本组成部分，”尼尔森说。“大自然一直在利用它们来制造一只手或另一只手的分子。我们一直无法做到这一点。”

但现在我们可以。Nelson使用德国化学家BenjaminList(他于2021年获得诺贝尔化学奖)开发的一类催化剂，利用碳阳离子反应，使其仅产生所需分子的左手或右手形式。

这些碳阳离子反应的工作原理是将包含单个碳原子和氢原子的分子块插入较大分子的精确位置。

这些反应本身会产生两种形式的所需分子。纳尔逊使用的合成催化剂从它们的天然对应物酶中借用了一个技巧，迫使一种或另一种形式被制造出来。酶和受其启发的催化剂都通过具有发生反应的空腔来实现这一点。空腔的形状决定了将创建哪种形式。

想象一下这是如何工作的，想象一下如果你想做一堆橡胶手，但你希望所有的手都是左撇子。一种方法是拿一只左手手套，然后将液体橡胶倒入其中。橡胶固定后，您可以将橡胶手从手套中弹出，这将是左手。右手手套会产生右手橡胶手。

Nelson表示，他希望看到该反应能够更实际地应用，以便将其从实验实验室环境转移到药物化学领域，他希望它最终能用于更有效地合成药物。

研究合著者是加州理工学院化学研究生SepandK.Nistanaki和ChloeG.Williams;加州大学洛杉矶分校的BenjaminWigman、JonathanJ.Wong、StasikPopov和KNHouk;BrittanyC.Haas、JacobWerth(前犹他大学，现在辉瑞)和犹他大学的MatthewS.Sigman。