破解80年化學(xué)謎題：藥物生產(chǎn)方式或迎來(lái)革命性突破

該發(fā)現(xiàn)將為制備單一手性的復(fù)雜分子開(kāi)辟更快速、更清潔、更具選擇性的新途徑。

圣安德魯斯大學(xué)的研究人員宣布，他們找到了破解一道困擾學(xué)界80年化學(xué)謎題的關(guān)鍵鑰匙，這一突破可能對(duì)精細(xì)化學(xué)過(guò)程（如藥物制造）產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。研究團(tuán)隊(duì)揭示了一種長(zhǎng)期難以捕捉的分子"重構(gòu)"機(jī)制，這項(xiàng)成果攻克了化學(xué)領(lǐng)域最持久的挑戰(zhàn)之一，有望徹底改變藥物的生產(chǎn)方式。

研究人員強(qiáng)調(diào)，手性分子具有不對(duì)稱(chēng)性，與其鏡像不可疊加。這類(lèi)分子存在"左手性"和"右手性"兩種形式，往往僅其中一種具有所需的化學(xué)或生物活性，另一種則可能產(chǎn)生不良副作用。團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與量子化學(xué)計(jì)算相結(jié)合的方法，首次為著名的"[1,2]-維蒂希重排"反應(yīng)找到了控制手性的新路徑，這將深刻影響藥物生產(chǎn)與先進(jìn)材料等領(lǐng)域的選擇性化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)。

研究指出，該反應(yīng)雖在80多年前就被發(fā)現(xiàn)，能選擇性地重組分子內(nèi)原子，但因難以預(yù)測(cè)和控制，長(zhǎng)期以來(lái)幾乎無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。據(jù)新聞稿透露，圣安德魯斯大學(xué)與巴斯大學(xué)的合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：催化劑首先引導(dǎo)分子經(jīng)歷初始不對(duì)稱(chēng)重排以確定其"手性"，隨后會(huì)發(fā)生一種以往未被識(shí)別的、能維持分子手性的分子重構(gòu)過(guò)程。

論文首席作者、圣安德魯斯大學(xué)的安德魯·史密斯教授表示："這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)徹底改變了我們對(duì)重排反應(yīng)中立體化學(xué)的理解與控制方式。"該突破將為制備單一手性的復(fù)雜分子開(kāi)辟更快、更清潔、更具選擇性的道路，其應(yīng)用涵蓋新藥研發(fā)與先進(jìn)材料等領(lǐng)域。巴斯大學(xué)聯(lián)合負(fù)責(zé)人馬修·格雷森博士補(bǔ)充道："我們的發(fā)現(xiàn)基于曾被化學(xué)界認(rèn)為不可實(shí)現(xiàn)的機(jī)制路徑，為新型不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)化打開(kāi)了大門(mén)。"

多年來(lái)，化學(xué)家始終未能使[1,2]-維蒂希重排反應(yīng)生成具有單一目標(biāo)手性的分子。該反應(yīng)過(guò)程中似乎會(huì)完全喪失手性控制，因而無(wú)法用于精密化學(xué)合成。盡管其潛力巨大，該重排反應(yīng)在現(xiàn)代不對(duì)稱(chēng)催化領(lǐng)域一直被視作不可行的技術(shù)。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精密實(shí)驗(yàn)與量子化學(xué)計(jì)算重新審視了這一歷史難題。他們以前所未有的精度分析反應(yīng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其并非如傳統(tǒng)認(rèn)知的單一簡(jiǎn)單步驟，而是經(jīng)歷級(jí)聯(lián)事件：首先催化劑引導(dǎo)分子完成確立手性的不對(duì)稱(chēng)步驟，隨后發(fā)生先前未被察覺(jué)的分子微妙重構(gòu)，這一過(guò)程能維持而非破壞已形成的手性。

這種隱藏的重構(gòu)機(jī)制正是破解謎題的關(guān)鍵。早期科學(xué)家曾假定重排啟動(dòng)后所有手性信息都會(huì)丟失，而新研究證明在適當(dāng)條件下，分子能在保持三維取向的同時(shí)完成自重組。這一發(fā)現(xiàn)不僅解釋了數(shù)十年的失敗嘗試，更展示了可靠控制該反應(yīng)的方法。

此項(xiàng)突破具有雙重重要意義：從理論層面改變了化學(xué)家對(duì)重排反應(yīng)與立體化學(xué)控制的認(rèn)知；從實(shí)踐角度為高效、選擇性構(gòu)建復(fù)雜手性分子開(kāi)辟了新合成方法。這對(duì)于需要精密分子設(shè)計(jì)的藥物研發(fā)、先進(jìn)材料及農(nóng)用化學(xué)品開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域尤為關(guān)鍵。

在破解這道跨越80年的化學(xué)謎題時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)不僅回應(yīng)了長(zhǎng)期存在的理論問(wèn)題，更拓展了現(xiàn)代化學(xué)的工具箱。他們的成果證明，以現(xiàn)代技術(shù)重審經(jīng)典反應(yīng)能夠揭示隱藏機(jī)制、催生革命性進(jìn)展——即使看似成熟的科學(xué)領(lǐng)域，仍可能蘊(yùn)藏著驚人的奧秘。

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