能拆分及合成手性药物的神奇分子筛

手性是一个非常重要的化学概念，在有机化学、生命科学、药学中尤为重要。就像人的两只手，互为手性的两个分子看起来一模一样，但永远只能构成镜像对称，无法重合。自然界中手性无处不在，构成蛋白的20种天然氨基酸，除了甘氨酸其他都是手性分子；很多具有药用价值的天然产物分子具有多个手性中心。因此拆分手性分子和选择性合成手性分子就成了化学领域的重要课题。

不过，由于手性分子物理性质几乎完全相同，不管是拆分还是选择性合成都非常困难。但这又是非做不可的事情。熟悉药学发展历史的朋友一定听说过沙利度胺和“海豹儿”的故事。沙利度胺曾是风靡一时的妊娠反应药物，它可以有效缓解孕妇的呕吐症状。但很快事情就出现了可怕的变化，医生发现服用过沙利度胺的孕妇产下畸形儿（俗称“海豹儿”）的概率非常高。最终事情查明，当时市售的沙利度胺是R型和S型分子的外消旋混合物，而R型沙利度胺才是缓解妊娠反应的有效成分，S型无效且有强烈的致畸性。

“海豹儿”。图片来源于网络

从那以后，药物的手性就成了监管机构审查的重点。对于具有手性中心的药物分子，药物公司要么证明手性分子混合物没有副作用，要么能将它们拆分开，对纯度要求极高。目前主流的手性拆分方法是HPLC，这种方法费时费力，成本很高。医药工业界迫切需要一种高效、廉价的新型手性拆分方法。

加州理工学院（Caltech）的Mark E. Davis教授（点击查看介绍）领导的国际研究小组经过多年的不懈努力，终于有所突破。他们发明了第一例手性分子筛，能够作为吸附剂拆分手性分子，也能够作为非均相催化剂来催化反应合成手性分子。成果发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。

活跃在分子筛领域三十余年的Mark E. Davis教授。图片来源：Caltech

分子筛是一大类硅酸盐为基本骨架的晶态固体，又称沸石。它的用途很广，可以作为高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等。在显微镜下，分子筛具有密密麻麻的微孔，这些微孔可以作为特定分子反应的场所，因而分子筛在催化领域的研究非常火热。

Davis团队发明的手性分子筛简单来说就是一个分子过滤器。无数的分子进入分子筛内部，那些与空腔结构契合的分子会留下，其他则被洗去，以此实现拆分。该技术的核心是如何设计和精确制造特定空腔结构的手性分子筛。

互为手性的有机小分子导向剂会产生互为手性的分子筛结构。图片来源：PNAS

整个研发过程可以分为紧密关联的三步：

首先，莱斯大学（Rice University）的合作者编写了相关算法，并进行理论计算，以帮助设计手性分子导向剂（这些小分子能够引导分子筛晶体的构建）。

第二步，也是最关键的一步，Caltech的研究人员花了大量时间学习各类有机导向剂的性质，以及如何使用它们按照预想构筑分子筛。

第三步，上海科技大学（ShanghaiTech University）的科学家开发了一种新的高分辨透射电子显微镜表征方法，用于证实制备的分子筛确实是左右对称的，也就是“有手性的”。

当然，研究小组用这些分子筛有效分离或催化合成手性药物是最直接的证据。

Davis教授表示，有了这一技术，在理想状况下需要拆分或合成什么手性分子，去设计合成对应的手性分子筛就可以了。

期待这一技术能给医药行业、化工行业带来新的变革。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Enantiomerically enriched, polycrystalline molecular sieves

PNAS, 2017, 114, 5101-5106, DOI: 10.1073/pnas.1704638114

导师介绍

Mark E. Davis

http://www.x-mol.com/university/faculty/445

编译自：http://www.caltech.edu/news/new-porous-solids-may-lead-better-drugs-58429

（本文由氘氘斋供稿）

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