可见光和纳米颗粒催化剂可以产生理想的生物活性分子

美国西北大学的化学家们利用可见光和极其微小的纳米颗粒，快速而简单地制造出与许多用于药物开发的先导化合物相同的分子。

在光的驱动下，纳米颗粒催化剂与特定的化学产物发生化学反应——这些分子不仅具有正确的化学配方，而且它们的原子在空间中也有特定的排列。该催化剂可重复用于其它化学反应。

这种半导体纳米颗粒被称为量子点，它们非常小，直径只有几纳米。但是，小尺寸就是力量，为材料提供了吸引人的光学和电子性能，这在更大的长度尺度上是不可能的。

“量子点的行为更像是有机分子，而不是金属纳米粒子，”领导这项研究的艾米丽·a·魏斯(Emily A. Weiss)说。“电子被压缩到这么小的空间，它们的反应遵循量子力学的规则。我们可以利用这一点，以及纳米颗粒表面的模板能力。”

这项研究最近发表在《自然化学》(Nature Chemistry)杂志上，它首次将纳米颗粒的表面用作光驱动反应的模板，这种反应被称为“环加成反应”(cycloaddition)，是一种简单的机制，用于制造非常复杂的、具有潜在生物活性的化合物。

Weiss说:“我们使用纳米颗粒催化剂，通过简单的一步反应来获得这种理想的分子，这种分子被称为四取代环丁烷。这种反应不仅能产生高产量的分子，而且其原子排列与药物开发最相关。”“这些分子很难用其他方式制造。”

韦斯是温伯格文理学院的马克·拉特纳和南希·拉特纳化学教授。她擅长控制量子点中的光驱电子过程，并以前所未有的选择性利用它们进行光驱化学。

纳米颗粒催化剂利用来自可见光的能量来激活其表面的分子，并将它们融合在一起形成更大的分子，这种结构对生物应用非常有用。然后大分子很容易从纳米颗粒中分离出来，释放出纳米颗粒，在另一个反应周期中再次使用。

在他们的研究中，Weiss和她的团队使用了由半导体硒化镉和溶液中称为烯烃的各种启动分子组成的3纳米纳米颗粒。烯烃的核心碳碳双键是形成环丁烷所必需的。

这项研究被命名为“量子点催化的区域和非对映选择性分子间[2+2]环加成反应”。魏斯实验室的研究生蒋亦舒是这项研究的第一作者。

该研究得到了美国空军科学研究办公室(授予9550-17-1-0271)和生物能源科学中心的支持。生物能源科学中心是由美国能源部、科学办公室、基础能源科学资助的能源前沿研究中心。DE-SC0000989)。

主题:纳米技术、温伯格文理学院