中大化学家研发新型催化系统以设计崭新化合物  丰富化学「工具箱」 增加制药选择

17.11.2020  16:56


合成药物是按照特定疾病的特性,设计及组合不同的化学成分,这过程与拼砌模型类似。如果某个特殊模型部件无法制造出来,整个设计就不能实现。同样地,开发新药物有时需要用上全新的化学结构单位。 

近日,香港中文大学(中大)化学系的研究人员,研发出首个用于制备「手性卤代螺环化合物」(chiral halo-spiro compound)的新型催化系统。它是一种极具潜力、可用于不同类型药物的化合物。今次研究将丰富新药设计的化学「工具箱」,制药行业将来有更多原材料可供选择。研究结果已刊登于著名科学期刊《自然催化》( Nature Catalysis )。 

自然界对选择「左」或「右」有所偏爱  

我们的双手是互为镜像,不论怎样移动及旋转双手,都无法令他们的外观变得一样;在自然界中,很多化合物均拥有同样特性。它们的外型十分相似,却左右不完全对称,无法透过平移和旋转与其镜像重叠,这个特性称为手性(chiral)。「左」与「右」化合物存在的化学差异通常会衍生不同的生理特性,例如「左」化合物 S -柠檬烯( S -limonene)会发出柠檬香味,而其对应的「右」化合物 R -柠檬烯( R -limonene)的味道像橘子(参见图1)。 

在药物层面,手性不同可影响生死,所以控制药物分子的手性至关重要。不过,不同手性化合物之间的结构十分相似,生产及分离它们均存在极大技术困难。目前所生产的手性化合物大多是结构简单的分子,限制了相关应用。 

由中大化学系 谢应龙教授 杨英洋教授 带领的研究团队,透过计算与实验,设计出一种可制备手性卤代螺环分子的新颖催化系统(参见图2)。手性卤代螺环分子的结构复杂,优点是其刚性骨架对药物研发方面十分有用。此外,将卤原子添加到螺环化合物中,可大大提高药物设计之自由度。 

谢教授基于量子力学的计算理论是这套催化系统的为核心。谢教授表示:「由于手性分子结构的计算必须非常准确,导致研发成本十分昂贵。新系统能让我们在不牺牲准确度的前提下,透过巧妙的运算提高效率,在研发时考虑更多现实条件,并将计算结果与实验资料作比较。配合实验和电脑运算,将大大增加未来化学研究及药物开发的可能性。」 

有关谢应龙教授  

谢教授及其研究团队一直利用理论与计算方法研究多个化学题目。他们与杨英洋教授合作,尝试了解「催化剂」如何加快有机反应。 

谢教授于美国史丹福大学(Stanford University)取得博士学位,亦曾于芝加哥大学(The University of Chicago)进行博士后研究。

可浏览以下网址参阅论文的完整版本:
https://www.nature.com/articles/s41929-020-00530-9

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