研究人员做出了革命性的进展，这可能以环保的方式改善农业化学品和日常产品。通过利用一种将天然酶与光结合的技术，团队制定了一种可持续的方法，将氟这一重要添加剂准确地结合到烯烃中——烃类存在于许多产品中，如洗涤剂、燃料和药物。这一突破性的策略为生产高价值化学品提供了一条新的高效途径，具有在农业化学、制药、可再生燃料等领域的潜在应用。
位于先进生物能源和生物产品创新中心（CABBI）的研究人员们做出了令人瞩目的发现，这可能以更加环保的方式增强农业化学品和日常物品。
利用一种结合天然酶和光的过程，来自伊利诺伊大学香槟分校的团队创建了一种可持续的方法，将氟这一重要添加剂准确地混合到烯烃中，这些烯烃是用于极其广泛的产品，如燃料、洗涤剂和药物的烃类。该创新方法为生成高价值化学品提供了有效的新途径，这些化学品可用于农业化学、制药、可持续燃料等领域。
这项研究发表于《科学》杂志，由CABBI转化主题负责人、化学与生物分子工程（ChBE）教授赵慧敏，以及卡尔·R·沃斯基基因组生物学研究所（IGB）的生物系统设计主题负责人、伊利诺伊州国家科学基金会分子制造实验室院长共同领导；主要作者为CABBI、ChBE和IGB的博士后研究员李茂林。
作为一种添加剂，氟增强了农业化学品和药物的效能和持久性。其微小的体积、独特的电子特性以及在脂肪和油中易于溶解的特点显著影响着有机分子的行为，增强了它们的吸收、代谢稳定性和与蛋白质的相互作用。然而，引入氟是复杂的，通常需要复杂的化学反应，可能并不总是环保。
在这项研究中，研究人员采用了一种“光酶”——一种已经适应在光照下工作的酶——将氟结合到这些化学品中。利用光和光酶使他们能够精准地将氟与烯烃结合，从而控制添加的位置和方法。这种环保且高度特异性的方法使得制造以前难以合成的珍贵新化合物变得更加高效。
这一新方法填补了分子化学中的一个重要空白，因为早期添加氟的方法受限且效率低下。此外，它为改进药物和农业产品的发展开辟了新的可能性，因为氟化合物通常比其非氟化物更有效、更稳定和持久。这意味着肥料和除草剂在保护植物方面可能更具影响力，而药物在副作用减少的情况下也可能更有效。
“这一突破标志着我们合成氟化合物的重大进展，这在医学和农业等多个领域至关重要，”赵提到。“通过利用光激活的酶，我们引入了一种增强合成效率的方法，同时促进环境可持续性。这项工作可能为化学生产领域开辟创新的、更环保的技术，造福科学和整个社会。”
这项研究支持了CABBI的生物能源目标，通过创新生物催化中的方法来改善生物基化学品的生产——这些化学品是从植物或微生物等可再生资源中提取的，而非石油。创造更有效和环保的生化过程与CABBI致力于开发可持续生物能源解决方案的承诺相一致，这些解决方案减少环境影响并减轻对化石燃料的依赖。
此外，它还与美国能源部（DOE）推动生物能源和生物产品的更广泛使命相一致。本研究中开发的技术可以促进更可持续的工业实践，减少能源消耗和化学废物及污染，支持DOE推广清洁能源技术的目标。高价值氟化合物的高效生产可能在可再生能源和生物产品等多个领域带来显著改善，促进经济扩张和环境可持续性。
“我们的发现揭示了制药和农业化学发展未来的有趣机会，”李表示。“通过光酶法将氟纳入有机化合物，我们以更环保的方式增强了这些材料的优越性能。我们的研究在生产更有效和可持续的日常产品方面的潜在应用令人激动。”
CABBI的研究人员袁宇洁、韦斯利·哈里森及来自伊利诺伊大学ChBE和IGB的张正义也作为本研究的共同作者参与。
