利用氮杂芳烃突破环保化学品生产的界限

来自先进生物能源和生物产品创新中心(CABBI)的先锋研究团队在复杂的分子化学领域取得了重大飞跃。他们的焦点?氮杂芳烃是一种独特的分子拼图，对从环保农用化学品到基本药物等许多日常产品至关重要。CABBI团队展示了一种修改这些分子的创新方法，这是一项突破性的发现，有望实现新的工业相关化学反应和可持续能源解决方案。

他们研究的核心是光酶系统的使用。简单来说，它类似于用手电筒给自然界的微小工人酶增压，使它们能够以前所未有的方式组装或修复分子结构。通过利用光的力量，这些科学家发现了以前被认为遥不可及的新颖化学反应。

这项研究发表在《自然化学》上，由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员进行。

主要作者为CABBI转换主题负责人赵惠民、化学与生物分子工程(ChBE)教授、CarlR.Woese基因组生物学研究所(IGB)生物系统设计主题负责人以及伊利诺伊州NSF分子制造实验室研究所所长;李茂林，CABBI、ChBE和IGB的博士后研究员。

氮杂芳烃在浩瀚的化学宇宙中看似微不足道，但却发挥着巨大的作用。它们是多种化合物的组成部分，甚至影响我们细胞中的DNA。但挑战始终在于他们的操纵。

由于该团队开发了烯还原酶系统(一种使用赵实验室在之前的研究中部署的烯还原酶的专用分子工具包)，研究人员找到了一种复杂地修改这些分子而不造成附带损害的方法。

他们工作的杰出成就之一是掌握了对映选择性氢原子转移。分子通常有左手和右手版本，或对映体，就像手套一样。该团队的方法使他们能够以无与伦比的精度选择性地瞄准和调整任一版本。此外，通过远程立体声控制，他们可以从远处进行精确调整。

对于CABBI和生物能源领域来说，这一发现改变了游戏规则。生物燃料和生物产品——源自植物材料而不是石油等不可再生资源的能源和产品——代表着更绿色、更可持续的未来。该团队的研究扩大了化学反应和可高效生产的生物产品的范围。

该研究还引入了不对称光催化的概念，这是一种确保这些反应一致性的革命性技术。这可以开辟从更广泛的生物质原料生产生物燃料和生物产品的新途径，这直接符合CABBI的目标和更广泛的能源部使命，即推进可持续能源和产品解决方案。

“通过我们对氮杂芳烃的新方法和酶促氢原子转移的使用，我们不仅仅是在突破化学领域的界限，”赵说。“我们正在为更加可持续和创新的未来奠定基础。我们的研究拓宽了可用于环保生产的工具包，并有可能促进农用化学品及其他领域的突破。”

除了实验室之外，现实世界的应用潜力也是巨大的，从引领可持续能源发展到引领更安全的农用化学品。生物能源和生物产品的进步可以带来经济增长，为消费者带来新的产业、就业机会和产品，以及潜在的更实惠的能源。通过推广可持续和高效的生产方法，该研究可以减少污染和环境退化，为社区带来更清洁的空气和水。

李说，随着世界努力应对环境挑战和迫切需要可持续解决方案，此类发现照亮了前进的道路。

“作为该项目的博士后研究员，我深深地沉浸在氮杂芳烃的复杂性及其潜力中。解开远程立体声控制的挑战并见证我们的发现的变革可能性确实令人兴奋。这项研究不仅仅是“关于化学反应的细微差别;关于可持续能源的未来等等。我很高兴看到这段旅程下一步将带我们去往何方，”李说。