受自然启发，尤其是酶，科学家们创造了一种新的催化剂，简化了醚的合成，而醚是许多药物、食品产品、个人护理品和各种消费品中的重要成分。该催化剂有效地定位和排列了两个化学反应物，使它们能够结合，而无需在标准合成方法中通常必要的复杂步骤和大量原料。
在伊利诺伊大学香槟分校的M. Christina White教授的指导下，研究团队在期刊Science中分享了他们的发现。
“醚是许多产品中至关重要的分子，我们的方法大大简化了它们的合成。这也使我们能够生产以前难以合成的醚，”White表示。“我们始终从自然中汲取灵感。酶已证明如何以更好、更简单和更高效的方式进行这些反应。”
为了成功合成醚，醇需要与称为烯烃的碳氢化合物反应。然而，这两种物质仅仅通过混合是不会发生作用的，研究的主要作者、研究生Sven Kaster指出。传统方法涉及从醇中提取一个质子，这样可以激活它，但会导致各种不必要的产物，必需从中分离出目标醚。此外，此方法通常需要大量原材料以产生有用量的醚，这对于复杂而珍贵的化学物质并不理想。
“我们以不同的方式来应对这一挑战，”Kaster解释道。“我们旨在避免激活醇和使用过量的反应物。”
研究团队设计了自组装的小分子催化剂，使用金属钯来切断烯烃中的碳氢键，使其能够与醇发生反应。他们将这些催化剂命名为SOX。然而，单靠激活烯烃不足以生成他们所需的醚。
根据White的说法，他们寻求自然的指导，研究酶如何通过将反应物紧密且正确地定向放置来促进复杂反应。他们对SOX催化剂进行了改良，创造了一个称为Sven-SOX的变体，具有精确的几何和电子特性，允许激活的烯烃和醇完美对齐，生成所需的醚。
“这就像两个人想要握手，他们需要靠得很近，并朝着正确的方向，以便舒适地这样做，”White进一步补充道。“我们整合了这两个要求，接近性和位置，创造了我们自己的自组装‘酶’，使用基本组成。”
Sven-SOX催化剂在一系列醚生成反应中证明了其有效性。研究人员成功合成了130多种不同的醚，包括一些复杂和庞大的版本，这些版本以前使用其他方法很难制造。
“Kaster指出：“我们方法的主要优势在于其多功能性。我们可以创造许多以前没有合成过的醚，这些醚可能具有独特或有用的功能。” “我们的方法还在温和的条件下进行，使我们能够引入在传统方法中会不良反应的敏感基团。此外，通过要求更少的材料和更少的步骤，我们实现了更好的效率，使得中学生也能完成。”
展望未来，研究人员打算调查其他具有酶样特征的小分子催化剂，以合成其他化学类。他们还将继续优化醚反应及其结果。
“这突显了基础科学的重要性和小分子在模拟酶功能中的作用，”White总结道。“这项研究为设计未来的催化剂和利用自然酶中发现的机制提供了见解。我们的目标是将这些概念整合到即将到来的催化剂设计中，以解决化学、医学和工业中的关键挑战。”
这项研究得到了美国国立卫生研究院国家一般医学科学研究所的支持。
