太阳光驱使二氧化碳合成氨基酸

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　　氨基酸是蛋白质的基本组成单元,人体每天需要从饮食中摄入大量氨基酸用于维持正常的生理活动。日前,南京工业大学樊新元老师课题组和Patrick Walsh教授合作,实现了利用太阳光驱使二氧化碳化学转化、进而合成α-氨基酸的简便方法。该方法操作简便,原料便宜易得,具有较高的实用性和广阔的应用前景。相关成果发表在国际权威期刊《Nature Communications》上。

　　“氨基酸不仅是人体必需的营养物质,同时,氨基酸类化合物也是重要的医药中间体,如抗惊厥药物苯妥英的合成需要使用二苯基氨基酸作为原料。氨基酸虽然可以通过化学合成的方式获得,但普遍反应条件苛刻,原料成本高昂。”樊新元介绍说,太阳光以其清洁、可持续等优点成为驱动化学反应最具吸引力的能源之一,光合作用就是其中最迷人的例子。大自然利用太阳光能将二氧化碳和水转化为有机化合物,为包括人类等几乎所有生物的生命活动提供能量。同时,光合作用过程消耗二氧化碳,为延缓全球变暖起到重要的作用。

　　Patrick Walsh教授是美国宾夕法尼亚大学终身教授,目前在南京工业大学任教。“长期以来,化学家们一直在尝试模仿大自然,探索利用光能将二氧化碳转化为有机化合物的方法。但由于二氧化碳本身的稳定性使得这些尝试极具挑战。然而,近期光催化化学的兴起,使得这些化学反应成为可能。”Patrick Walsh解释说。

　　樊新元老师和Patrick Walsh教授合作,对可见光催化下亚胺类化合物的化学性质进行了深入研究。在前期的探索中,他们惊奇地发现,本来遇水会分解的亚胺,在光催化的条件下发生了意外的化学反应。通过进一步的研究,他们找到了原因,并且据此逆转的化学机理,很快也实现了亚胺和醛类化合物之间偶联化学反应,从而合成羟基胺类化合物。

　　樊新元介绍,目前,他们课题组在前期对亚胺的深入研究的基础上,成功解决了可见光催化的二氧化碳和亚胺的化学反应难题,进一步实现了利用最清洁的能源——太阳光驱使的亚胺和二氧化碳的化学反应,发展了利用太阳光能驱使二氧化碳的化学转化、进而合成α-氨基酸的简便方法。

　　该方法反应条件温和,室温下即可进行,无需高压气体,避免使用高压釜等特殊仪器,且操作简便,只需过滤即可得到目标产物,同时使用太阳光这种清洁能源,反应过程还消耗二氧化碳等温室气体,这些优势使得该方法绿色环保,且具有较高的实用性和广阔的应用前景。为了探索工业级生产的可能性,有关的进一步放大规模的反应测试也在顺利进行中,有望在不远的将来惠及百姓生活。通讯员 周伟 沈叶菁