分子机器雏形

【新闻事件】：上一周的《自然》杂志发表了一篇英国科学家David Leigh小组发表的文章，公布他们所谓的分子机器雏形。这个分子机器有两个组装中心和一个能在两个中心之间走动的分子机器手组成。这个机器手受一个分子开关的控制，可以根据酸碱性决定机器手在哪个组装中心。作者用这个分子机器用两步化学反应合成了一个简单化合物的四个异构体。每步反应所在的反应中心都可以控制，所以可以选择性得到任何一个异构体。

【药源解析】：分子机器最早是Richard Feyman提出的一个概念，这个理想机器可以根据输入在原子水平精确组装目标分子。后来Eric Drexler把这个概念具体化了，此人被认为是纳米技术的创始人。但后来另一个纳米技术创始人、因富勒烯（巴克球）获得诺贝尔奖的Richard Smalley强烈质疑这个设想，两人曾有一段公开辩论。最后一次是2003年C&EN News上的激烈对质，后来Smalley因癌症英年早逝这个争论也就自然停止了。

虽然去年诺贝尔化学奖授予分子机器零件的研究，但真正意义上的分子机器还是很初级。Leigh 小组2013年曾发表一篇影响很大的文章。他们设计了一个类似核糖体合成蛋白一样的装置，这个所谓rotaxane反应体系有一个柱状分子模板，上面储存需要组装的分子零件。一个携带反应起始物的环状分子可以在这个柱状模板上滑行，按次序提取、组装分子零件。只有第一个零件被取走这个环才能移动到下一个零件。这类似宏观世界的生产线。

上周发表的这个工作没有利用rotaxane那样所谓的超分子（supramolecule），而是一个小分子机器。这个工作用的两个反应并无特殊之处，通过底物控制立体选择性也是非常基础的化学技巧，他们得到的选择性也平常得不能再平常（2：1左右），但是这个受pH控制的轴非常有创意。这个轴可以控制在反应的不同阶段底物到哪个反应中心、发生哪种反应。但这个体系据我看并不能自动运转分子零件，这需要人工帮助（这个工作用了获得2005年诺贝尔化学家奖的RCM反应）。

虽然和其它重要技术的童年一样，这个机器现在效率还很低、功能也十分有限，但这个设计概念验证了一个理念，即在微观水平通过分子机器控制化学反应发生的空间位置。最近20年一半的诺贝尔化学奖给了生物学家，化学似乎已经陷入穷途末路。合成化学更是成为其过去的成功的牺牲品，大家普遍认为这个学科已经没有发展空间，再复杂的分子现在合成都不是事儿。类似分子机器和去年Martin Burke提出的化学登月计划这样大尺度思路有助于激发年轻一代化学家的创造性、吸引社会对化学这个所谓成熟学科的关注，对化学的发展是个好事。

★ 请关注《美中药源》微信公众号 ★