記者近日獲悉，西湖大學副校長鄧力團隊在有機小分子催化實驗中，實現轉化數（TON）1∶100萬，即1個催化劑分子，完成100萬次催化。這創(chuàng)造了有機小分子催化新紀錄，其催化效率可以和自然界的酶媲美。
地球生命的能量來自催化過程，生命活動本身也依賴酶的高效催化。比如，在非酸非堿環(huán)境中，一個蛋白質斷裂其一半的肽鍵大約需要500年，而酶解開一個肽鍵僅需幾納秒。
很長一段時間，科學家認為世界上只有金屬和酶這兩種類型催化劑。到20世紀末，有機小分子催化嶄露頭角。與傳統金屬有機催化劑相比，有機小分子催化具有對潮濕環(huán)境不敏感、原件易得、成本低、易于保存、毒性較低等諸多優(yōu)勢。
有機小分子催化的出現常常伴隨另一個名詞——不對稱。“不對稱有機催化，是在催化過程中實現精準調控，使產物只在一種空間構型上發(fā)生，只形成需要的產物。”鄧力說，不對稱有機催化主要有兩種模式，共價催化和弱鍵催化。他和團隊主要關注弱鍵催化。自然界的酶，包括人體內的酶，經常利用多種弱鍵協同作用激發(fā)催化，并能精準控制結果。
在亞胺極性反轉相關研究中，鄧力團隊希望利用催化劑從亞胺化合物中移除一個帶正電的氫原子（即質子），把亞胺化合物從親電狀態(tài)逆轉成親核狀態(tài)。具有挑戰(zhàn)性的是，催化劑奪取質子后，要能精準控制后續(xù)的化學反應過程。
鄧力介紹，經過兩年多探索，研究團隊找到一種策略，即利用氫氧化鉀中的氫氧根離子攫取質子，并找到了一種叫季銨鹽的催化劑穩(wěn)定住中間體，引導其按預定方式進行反應。在實驗中，催化劑反應效率大幅提升，轉化數達到1∶6300。
此后，研究團隊又將經過改造的新一代季銨鹽催化劑用于合成α-氨基膦酸衍生物。實驗設定催化劑載量為百萬分之一級別。新一代季銨鹽催化劑通過3種弱鍵作用，徹底喚醒底物的活性，最高催化效率超過百萬。這種有機小分子催化物表現出比酶更廣泛的底物適應性，且分子量僅是酶的百分之一或更低。
據了解，由于這種有機小分子催化物改變了科學界對小分子催化劑和生物酶的傳統認知，研究團隊將其命名為“小分子酶”。
（記者劉園園）