【首次使用电子作为催化剂！中科院外籍院士建立全新的催化组装策略，为新材料创制奠定基础】
近日，2016 年诺贝尔化学奖得主 J·弗雷泽·斯托达特（J. Fraser Stoddart）教授团队迎来最新成果。论文发表在 Nature 上，由清华博士焦阳担任共同一作。
分子识别和自组装，是该研究的重点。分子识别（molecular recognition）是指，有机小分子或生物大分子（比如核酸、蛋白质）之间的相互辨认、匹配与结合。自组装（self-assembly）是指，物质的基本结构单元比如分子、纳米粒子、微米或更大尺度的粒子自发形成有序结构的一种技术。分子识别可以看作是自组装技术的基础。
自然界中，分子识别现象无处不在，支撑起生命体系的结构和功能。基于对此的理解，化学家建立了超分子化学，即“超越分子层次的化学”，希望师法自然，通过精准调控化学自组装过程，探索药物开发和材料创制的新范式。
在化学家眼中，催化是最有力的调控手段之一。过去两百年来，各类催化剂不断涌现，显著提高了化学反应的效率和选择性。但是迄今为止，依然很难获得合适的催化剂，用于催化分子间的识别和组装。
仅有的催化组装实例中，催化剂往往来自于意外发现，不仅结构复杂，且难以简化和改造。主要成因有两点：第一，分子间的作用力强度低、动态性显著，这造成分子识别远不如化学反应容易操控；第二，目前在自组装领域，人们对动力学和机理的探讨不够深入，很难为催化剂的理性设计提供指导。
戳链接查看详情：https://t.cn/A66osi0T
近日，2016 年诺贝尔化学奖得主 J·弗雷泽·斯托达特（J. Fraser Stoddart）教授团队迎来最新成果。论文发表在 Nature 上，由清华博士焦阳担任共同一作。
分子识别和自组装，是该研究的重点。分子识别（molecular recognition）是指，有机小分子或生物大分子（比如核酸、蛋白质）之间的相互辨认、匹配与结合。自组装（self-assembly）是指，物质的基本结构单元比如分子、纳米粒子、微米或更大尺度的粒子自发形成有序结构的一种技术。分子识别可以看作是自组装技术的基础。
自然界中，分子识别现象无处不在，支撑起生命体系的结构和功能。基于对此的理解，化学家建立了超分子化学，即“超越分子层次的化学”，希望师法自然，通过精准调控化学自组装过程，探索药物开发和材料创制的新范式。
在化学家眼中，催化是最有力的调控手段之一。过去两百年来，各类催化剂不断涌现，显著提高了化学反应的效率和选择性。但是迄今为止，依然很难获得合适的催化剂，用于催化分子间的识别和组装。
仅有的催化组装实例中，催化剂往往来自于意外发现，不仅结构复杂，且难以简化和改造。主要成因有两点：第一，分子间的作用力强度低、动态性显著，这造成分子识别远不如化学反应容易操控；第二，目前在自组装领域，人们对动力学和机理的探讨不够深入，很难为催化剂的理性设计提供指导。
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#文史知识#
中国第一位制造甘油的药物化学家——张辅忠。出生于清光绪十五年九月二十六日（1889年10月30日）浙江省余杭县良渚镇。父亲在家乡开设酱园。少年读过私塾。1907年初，张父因店内人手不足，要张辍学帮助照料店务。时值清末政治腐败，深受帝国主义列强的欺凌，张认为国家富强，必须科学救国。
1927年9月，赴德国留学，入柏林大学化学系，获得化学博士学位。1933年7月回国。帮助五洲药房创办了国内第一个甘油厂，即五洲第二制药厂（后一、二、三厂合并改称为五洲药厂），担任该厂厂长。利用制皂的下脚废料，变废为宝，制造甘油。填补了国内的空白，又为“固本皂”降低成本，提高质量，抵制洋货，开拓国货市场。
在张的主持下，在厂内建立了研究室，先后研制了三十多种过去依赖国外进口的药品。有碘仿、红溴汞、磺胺类药物，苯妥英钠，大风子酸乙酯，新胂凡拉明，异烟肼，安乃近等药品，对我国有机化学药品合成作出了重大的贡献。
图一为五洲固本皂厂。
图二为1927年，五洲固本肥皂厂出品的一款玫瑰皂外包装。
图三为张辅忠发表的《饮食物保存法》著作。
图四为五洲大药房。
中国第一位制造甘油的药物化学家——张辅忠。出生于清光绪十五年九月二十六日（1889年10月30日）浙江省余杭县良渚镇。父亲在家乡开设酱园。少年读过私塾。1907年初，张父因店内人手不足，要张辍学帮助照料店务。时值清末政治腐败，深受帝国主义列强的欺凌，张认为国家富强，必须科学救国。
1927年9月，赴德国留学，入柏林大学化学系，获得化学博士学位。1933年7月回国。帮助五洲药房创办了国内第一个甘油厂，即五洲第二制药厂（后一、二、三厂合并改称为五洲药厂），担任该厂厂长。利用制皂的下脚废料，变废为宝，制造甘油。填补了国内的空白，又为“固本皂”降低成本，提高质量，抵制洋货，开拓国货市场。
在张的主持下，在厂内建立了研究室，先后研制了三十多种过去依赖国外进口的药品。有碘仿、红溴汞、磺胺类药物，苯妥英钠，大风子酸乙酯，新胂凡拉明，异烟肼，安乃近等药品，对我国有机化学药品合成作出了重大的贡献。
图一为五洲固本皂厂。
图二为1927年，五洲固本肥皂厂出品的一款玫瑰皂外包装。
图三为张辅忠发表的《饮食物保存法》著作。
图四为五洲大药房。
【像搭积木一样合成3D小分子】中国科学报：最“艰苦”的学科之一有机化学正变得简单。6年前，美国一个化学团队发明了一种合成系统平台，可自动构建多种有机分子，作为潜在的药物、燃料和香水的材料。但该系统能力有限，只能构建平面分子链或2D环状结构分子，不能组装成3D小分子，而后者正是许多药物和材料所需要的。
现在，3D小分子也可以了。该团队日前在《自然》上报告称，他们设计了新的系统平台，采用通用的化学反应来将模块化的分子组件装配成所需的目标有机分子，实现了14 种不同类别小分子的全自动合成。
“这是一个里程碑式的成就，可以彻底改变药物发现。”未参加研究的密歇根大学安娜堡分校的药物化学家Timothy Cernak评价道。
机器人之前已经改变了DNA、RNA和短蛋白制造。这方面进展很快，是因为在每一种情况下，它们都由数量相对较少的“积木”组合而成，后者通过形成相同的化学键连接起来。
但对于有机小分子来说就不一样了。它们利用一系列反应条件、催化剂、试剂等，在不同的原子之间、不同的方向和角度上形成化学键。这就好像只有拥有精巧的技术才能将形状不规则的木块石块打磨好，放在理想的建筑中。
合成有机化学看起来只对那些有丰富经验的人友好。“我们试图改变这一点。”该研究通讯作者、伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的化学家Martin Burke说，“新方法以非常简单的方式制造了非常复杂的3D小分子。”
研究人员使用超共轭和位阻调控的方式制备了一种新型的四甲基N—甲基亚氨基二乙酸（TIDA）硼酸酯，可以高效实现饱和sp3碳原子的自动迭代偶联组装。这个名为TIDA硼酸盐的偶联平台解开了缺失的3D空间，实现了基于“积木”的自动化合成。
作为案例，新系统平台自动合成了两种复杂的天然产物，一种称为碘霉素 C的抗生素和一种称为 sch725674的抗真菌化合物。二者都包含手性中心，这种手性中心是许多药物和有机化合物功能的关键。
除了包含更多功能之外，在对常见的交叉偶联反应和化学转化中，TIDA 硼酸盐偶联平台的稳定性比很多科学家正在使用的第一代偶联平台——N—甲基亚氨基二乙酸（MIDA）硼酸盐高 1000 倍。它们在水中也非常稳定，可以在更广泛的条件下简单合成更多种类的化学品。
Burke表示，“原来的系统平台就像方方正正的儿童积木，可以建造一个漂亮、简单的玩具屋。而新系统则像为成年人打造的酷炫、复杂的积木套件，可以帮助建造蝙蝠侠的战车。”
现在，3D小分子也可以了。该团队日前在《自然》上报告称，他们设计了新的系统平台，采用通用的化学反应来将模块化的分子组件装配成所需的目标有机分子，实现了14 种不同类别小分子的全自动合成。
“这是一个里程碑式的成就，可以彻底改变药物发现。”未参加研究的密歇根大学安娜堡分校的药物化学家Timothy Cernak评价道。
机器人之前已经改变了DNA、RNA和短蛋白制造。这方面进展很快，是因为在每一种情况下，它们都由数量相对较少的“积木”组合而成，后者通过形成相同的化学键连接起来。
但对于有机小分子来说就不一样了。它们利用一系列反应条件、催化剂、试剂等，在不同的原子之间、不同的方向和角度上形成化学键。这就好像只有拥有精巧的技术才能将形状不规则的木块石块打磨好，放在理想的建筑中。
合成有机化学看起来只对那些有丰富经验的人友好。“我们试图改变这一点。”该研究通讯作者、伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的化学家Martin Burke说，“新方法以非常简单的方式制造了非常复杂的3D小分子。”
研究人员使用超共轭和位阻调控的方式制备了一种新型的四甲基N—甲基亚氨基二乙酸（TIDA）硼酸酯，可以高效实现饱和sp3碳原子的自动迭代偶联组装。这个名为TIDA硼酸盐的偶联平台解开了缺失的3D空间，实现了基于“积木”的自动化合成。
作为案例，新系统平台自动合成了两种复杂的天然产物，一种称为碘霉素 C的抗生素和一种称为 sch725674的抗真菌化合物。二者都包含手性中心，这种手性中心是许多药物和有机化合物功能的关键。
除了包含更多功能之外，在对常见的交叉偶联反应和化学转化中，TIDA 硼酸盐偶联平台的稳定性比很多科学家正在使用的第一代偶联平台——N—甲基亚氨基二乙酸（MIDA）硼酸盐高 1000 倍。它们在水中也非常稳定，可以在更广泛的条件下简单合成更多种类的化学品。
Burke表示，“原来的系统平台就像方方正正的儿童积木，可以建造一个漂亮、简单的玩具屋。而新系统则像为成年人打造的酷炫、复杂的积木套件，可以帮助建造蝙蝠侠的战车。”
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