上一周的《自然》雜志發(fā)表了一篇英國科學(xué)家 David Leigh 小組發(fā)表的文章，公布他們所謂的分子機(jī)器雛形。這個分子機(jī)器有兩個組裝中心和一個能在兩個中心之間走動的分子機(jī)器手組成。這個機(jī)器手受一個分子開關(guān)的控制，可以根據(jù)酸堿性決定機(jī)器手在哪個組裝中心。作者用這個分子機(jī)器用兩步化學(xué)反應(yīng)合成了一個簡單化合物的四個異構(gòu)體。每步反應(yīng)所在的反應(yīng)中心都可以控制，所以可以選擇性得到任何一個異構(gòu)體。

【藥源解析】：分子機(jī)器zui早是 Richard Feyman 提出的一個概念，這個理想機(jī)器可以根據(jù)輸入在原子水平組裝目標(biāo)分子。后來 Eric Drexler 把這個概念具體化了，此人被認(rèn)為是納米技術(shù)的創(chuàng)始人。但后來另一個納米技術(shù)創(chuàng)始人、因富勒烯（巴克球）獲得諾貝爾獎的 Richard Smalley 強(qiáng)烈質(zhì)疑這個設(shè)想，兩人曾有一段公開辯論。zui后一次是 2003 年 C &EN News 上的激烈對質(zhì)，后來 Smalley 因癌癥英年早逝這個爭論也就自然停止了。

雖然去年諾貝爾化學(xué)獎授予分子機(jī)器零件的研究，但真正意義上的分子機(jī)器還是很初級。Leigh 小組 2013 年曾發(fā)表一篇影響很大的文章。他們設(shè)計(jì)了一個類似核糖體合成蛋白一樣的裝置，這個所謂 rotaxane 反應(yīng)體系有一個柱狀分子模板，上面儲存需要組裝的分子零件。一個攜帶反應(yīng)起始物的環(huán)狀分子可以在這個柱狀模板上滑行，按次序提取、組裝分子零件。只有*個零件被取走這個環(huán)才能移動到下一個零件。這類似宏觀世界的生產(chǎn)線。

上周發(fā)表的這個工作沒有利用 rotaxane 那樣所謂的超分子（supramolecule），而是一個小分子機(jī)器。這個工作用的兩個反應(yīng)并無特殊之處，通過底物控制立體選擇性也是非?；A(chǔ)的化學(xué)技巧，他們得到的選擇性也平常的不能再平常（2：1 左右），但是這個受 pH 控制的軸非常有創(chuàng)意。這個軸可以控制在反應(yīng)的不同階段底物到哪個反應(yīng)中心、發(fā)生哪種反應(yīng)。但這個體系據(jù)我看并不能自動運(yùn)轉(zhuǎn)分子零件，這需要人工幫助（這個工作用了獲得 2005 年諾貝爾化學(xué)家獎的 RCM 反應(yīng)）。

雖然和其它重要技術(shù)的童年一樣，這個機(jī)器現(xiàn)在效率還很低、功能也十分有限，但這個設(shè)計(jì)概念驗(yàn)證了一個理念，即在微觀水平通過分子機(jī)器控制化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的空間位置。zui近 20 年一半的諾貝爾化學(xué)獎給了生物學(xué)家，化學(xué)似乎已經(jīng)陷入窮途末路。合成化學(xué)更是成為其過去的成功的犧牲品，大家普遍認(rèn)為這個學(xué)科已經(jīng)沒有發(fā)展空間，再復(fù)雜的分子現(xiàn)在合成都不是事兒。類似分子機(jī)器和去年 Martin Burke 提出的化學(xué)登月計(jì)劃這樣大尺度思路有助于激發(fā)年輕一代化學(xué)家的創(chuàng)造性、吸引社會對化學(xué)這個所謂成熟學(xué)科的關(guān)注，對化學(xué)的發(fā)展是個好事。