合成复杂分子是一门出了名的棘手艺术，也是许多化学家每天的苦差事。但伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的化学家马蒂·伯克表示，他已经找到了一种制造机器的方法，只需按下一个按钮即可将分子缝合在一起。
伯克说：“我们可以将合成的力量带给非专业人士。”在他的系统中，今天在《科学》杂志上描述的，一台计算机控制着泵和注射器系统，以推动含有化合物的溶液，这些化合物可以像积木一样拼接在一起，从而创造出各种各样更大、更复杂的分子。
伯克花费多年时间开发了至关重要的构建块，一个含有硼的有机酸分子库，称为MIDA硼酸酯。这些化合物——现在已上市销售——被设计成两端都有化学基团，可以很容易地相互反应。伯克此前曾报道，通过以正确的顺序组合正确的构建块，有可能制造出各种形状不同的大分子。
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仅仅使用泵和注射器来移动化合物——一个被称为“流动化学”的过程——对于完全自动化来说是不够的。通常，在两个构建块拼接在一起后，需要进行手动纯化反应：必须洗去不需要的副产物和杂质，并且必须回收成功拼接的新分子，以便与另一个构建块进一步反应。但伯克的团队找到了一种自动化纯化步骤的方法：新反应的MIDA硼酸酯会粘附在硅胶上，使其易于洗去其他化学物质。然后，伯克发现，只需添加另一种溶剂，称为四氢呋喃 (THF)，就可以单独洗脱 MIDA 硼酸酯以进行未来的反应。伯克说：“从开始到结束的整个过程都由机器完成。”
位于马萨诸塞州波士顿的工业化学家和博主德里克·洛表示：“如果不是 THF 洗脱技巧，我不知道这怎么可能实现自动化。”
死记硬背的合成
化学家已经实现了肽（由氨基酸构建块组成的短链蛋白质）合成过程的自动化：树脂吸附不断增长的肽链，未反应的构建块只需洗去即可。但肽合成是一个更容易解决的问题：有限范围的氨基酸残基以直线连接在一起。伯克的多样化构建块可以制造具有分支和环的复杂分子。
洛表示：“机械方面并不是我最兴奋的部分。”对他来说，将化学合成视为简单地将相同的模块化构建块拼接在一起的概念性飞跃更有趣。
他说：“我们合成有机物的人非常习惯于将每个复杂分子都视为一个全新的领域，一座需要攀登的新山峰。”“我确实认为有机合成应该成为实现其他目的的一种手段，而要实现这一点，很多合成必须变得常规化。”
韩国蔚山国家科学技术研究所的化学家巴托斯·格里博夫斯基表示，伯克的系统将对药物发现有用，在药物发现中，大量新分子被筛选以寻找其对抗疾病的潜力，“这对制药公司来说将是伟大的，”他说。尽管有 200 种市售的 MIDA 硼酸酯，但格里博夫斯基想知道是否总会有完全正确的组合来制造特定的目标分子。
洛表示，这些构建块涵盖了相当多可能的分子，但远未涵盖化学家可能想要合成的一切。“这不会是一台‘制造任何有机化合物’的机器，”他说。“但没有人期望会发生这样的事情。它可以成为制造一系列特定化合物的绝佳方法。”
伯克的机器不一定会很快来到您附近的化学实验室。自动化的关键技术已获得专利，并独家授权给伯克共同创立的加利福尼亚州红木城的 Revolution Medicines 公司。Revolution 的首席执行官马克·戈德史密斯表示，下一步将涉及投资开发伯克在他的实验室中创建的概念验证套件，并了解它如何帮助他们进行药物发现。戈德史密斯说，未来，该公司可能会寻求与其他企业合作伙伴建立合作关系。
本文经许可转载，并于2015 年 3 月 12 日首次发表。