Các nhà nghiên cứu tại Đại học Basel đã điều chỉnh thành công một enzyme tự nhiên để xúc tác một phản ứng hóa học phức tạp, mở ra những con đường mới cho việc tổng hợp các phân tử phức tạp, bao gồm cả dược phẩm và hóa chất tinh khiết, một cách thân thiện với môi trường và hiệu quả hơn.
Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Nature, kết hợp hóa học chuyển giao nguyên tử hydro kim loại hydride (MHAT) với xúc tác enzyme. Sự kết hợp này cho phép sản xuất các phân tử ba chiều với cấu hình đơn lẻ, đặc trưng. Các nhà khoa học đã sửa đổi một loại enzyme hemoprotein phổ biến để thực hiện các phản ứng MHAT trong vị trí hoạt động của nó. Kết quả là tạo ra dạng phân tử đơn lẻ mong muốn với độ chính xác đáng kể, đạt tỷ lệ phân tử dạng trái sang dạng phải lên tới 98:2. Việc đạt được độ chọn lọc lập thể cao như vậy rất khó khăn với các phương pháp hóa học truyền thống.
Trong lĩnh vực hóa học, các chất xúc tác đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy hóa học xanh bền vững hơn. Enzyme, với vai trò là chất xúc tác của tự nhiên, ngày càng thu hút sự chú ý nhờ khả năng đặc biệt trong việc nâng cao cả khả năng phản ứng và tính chọn lọc của các quá trình hóa học, cùng với các đặc tính thân thiện với môi trường. Hóa học MHAT đã nổi lên như một phương pháp xúc tác đầy hứa hẹn để xây dựng hiệu quả các phân tử phức tạp, có khả năng chuyển đổi một chất nền phẳng, hai chiều thành một cấu trúc phân tử ba chiều phức tạp.
Tuy nhiên, việc kiểm soát chính xác sự sắp xếp không gian của các nguyên tử trong phân tử, đặc biệt là các cấu hình đối xứng gương – tương tự như bàn tay trái và bàn tay phải – vẫn là một thách thức đáng kể, đặc biệt quan trọng trong sản xuất dược phẩm nơi các cấu hình khác nhau có thể có hoạt tính sinh học khác biệt rõ rệt. Các nhà nghiên cứu cũng đang khám phá các phương pháp bền vững hơn để tạo ra kim loại hydride nhằm nâng cao hơn nữa tiện ích của quá trình chuyển đổi này.
Tiến bộ này được kỳ vọng sẽ hợp lý hóa việc sản xuất các hóa chất có giá trị cao, góp phần vào quá trình tổng hợp hóa học bền vững hơn. Việc tích hợp xúc tác enzyme với MHAT mở ra một biên giới mới trong hóa học xanh bằng cách giảm sự phụ thuộc vào các hóa chất mạnh, giảm năng lượng tiêu thụ và giảm thiểu các sản phẩm phụ độc hại. Khả năng sản xuất chọn lọc các phân tử phức tạp có cấu hình đơn lẻ có thể cách mạng hóa việc tổng hợp dược phẩm, hóa chất nông nghiệp và các hóa chất tinh khiết có giá trị gia tăng khác, giải quyết cả các yêu cầu về tính bền vững và hiệu quả mà ngành công nghiệp hóa chất đang đối mặt.
Các nhà khoa học tại Đại học Basel đã khéo léo tái cấu trúc vị trí xúc tác của một enzyme hemoprotein để tạo điều kiện cho các phản ứng MHAT với tính chọn lọc enantiomeric vượt trội, mang lại tiềm năng to lớn cho ngành dược phẩm và sản xuất hóa chất tinh khiết, hứa hẹn các con đường tổng hợp bền vững, chính xác và hiệu quả hơn về chi phí. Thành tựu này đánh dấu một cột mốc quan trọng, cho thấy tiềm năng của xúc tác enzyme trong việc hợp lý hóa sản xuất các phân tử phức tạp và nhấn mạnh tầm quan trọng của các phương pháp bền vững trong hóa học hiện đại.