抗生素是目前醫院用來對付細菌的利器,從分子結構圖的分析而言,許多抗生素都含有一段線形的跳躍式多醇單元,且具有多個連續的碳掌性中心(*C),其分子組態簡化如下:〔-*CH(OH)-*CH(CH3)-*CH(OH)-*CH(CH3)-〕,若每個碳掌性中心具有2種可能的立體異構物,上述的片段就含有4個碳掌性中心,即有16種(2 x 2 x 2 x 2)可能的立體異構物,然而具有抗菌活性的異構物可能只有1種,如何以化學方法同時控制單一立體異構物的形成及製造這種跳躍式的多醇單元,是許多化學家合成抗生素的挑戰。

洪上程老師團隊突破傳統的思維,在同一反應瓶中,連續進行「[4+2] 環化加成」、「酸性水解」及「氧原子嵌入」三步反應,此種利用環狀分子的形成、再氧化打斷得到線形分子的構思,不但可以一次控制四個碳掌性中心的立體化學,同時建立這種跳躍式多醇單元的骨架,發展的方法具有特殊新穎性,且此「一鍋化」的合成策略,能快速製造多種抗生素的基底,突出的研究成果已發表在近期的「自然通訊」(Nature Communications)期刊。

值得一提的是洪博士實驗室在探討「[4+2] 環化加成反應」時,意外發現不同於傳統有機化學教課書預期的結果,得到完全相反之位向加成產物。「[4+2] 環化加成反應」即俗稱的「狄耳士-阿德爾反應」(Diels-Alder Reaction),根據教科書的說法,基於二級軌域作用(Secondary Orbital Interaction)的關係,預測反應的過渡狀態是經由「內向加成」(endo-Addition)。然而,研究團隊發現,當具不同拉電子基之烯類化合物(Dienophiles)的 -碳有取代基時,無論直接加熱或使用催化劑的條件下,都是得到「外向加成」(exo-Addition)為主要產物,這不但推翻了之前的定律,也顛覆了有機化學教科書奉為圭臬的教條,對全世界教授有機課程的老師,應有很大的助益,研究團隊在2016年底已將這項新發現發表在「科學報導」(Scientific Reports)期刊。

本二篇論文的研究經費是由科技部和中央研究院支助,主要的實驗工作都是由何國銘博士完成,他目前在以色列進行博士後研究。有關探討「Stereoselective One-Pot Synthesis of Polypropionates」的論文,可以在Nature Communications 網頁閱讀:(https://www.nature.com/articles/s41467-017-00787-y)。先前所發現的反Diels-Alder理論,「Unconventional exo Selectivity in Thermal Normal-Electron-Demand Diels-Alder Reactions」,可於Scientific Reports 網頁查詢(https://www.nature.com/articles/srep35147)。

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