新工艺利用光和酶创造更绿色的化学品
先进生物能源和生物产品创新中心（CABBI）的研究人员取得了重大突破，有望生产出更好、更环保的农用化学品和日常用品。伊利诺伊大学香槟分校的研究团队利用一种结合天然酶和光的工艺，开发出一种环保方法，将氟（一种重要的添加剂）精确地混合到一种叫做烯烃的化学物质中，这种碳氢化合物用于从洗涤剂到燃料到药物等各种各样的产品中。这种开创性的方法提供了一种高效的新策略，可以创造高价值的化学品，并可能应用于农用化学品、药品、可再生燃料等。
该项研究发表在《科学》杂志上，由 CABBI 转化主题负责人、化学和生物分子工程学教授 Huimin Zhao（赵晖敏）和伊利诺伊州国家科学基金会分子制造实验室主任（Maolin Li）共同领导。前者是化学和生物分子工程学教授（ChBE），卡尔 R. 沃斯基因组生物学研究所（IGB）生物系统设计主题负责人。后者是 CABBI、ChBE 和 IGB 的博士后研究员。
氟作为一种添加剂，可以使农用化学品和药物发挥更好的作用并延长使用寿命。氟的体积小、电子特性以及易溶于脂肪和油的能力都对有机分子的功能产生深远影响，增强其吸收、代谢稳定性和蛋白质相互作用。然而，添加氟很棘手，通常需要复杂的化学过程，而这些过程并不总是对环境友好的。
这项研究中的科学家使用了一种“光酶”（一种在光照下起作用的酶）来帮助将氟引入这些化学物质中。通过使用光和光酶，他们能够精确地将氟附着到烯烃上，精确控制氟的添加位置和添加方式。由于这种方法不仅环保，而且非常具体，因此可以更有效地创造以前难以制造的有用新化合物。
这种方法填补了分子化学领域的一大空白，因为以前添加氟的方法有限且效率低下。它还为创造更好的药物和农产品开辟了新的可能性，因为含氟化合物通常比非含氟化合物更有效、更稳定、更持久。这意味着肥料和除草剂可以更有效地保护农作物，药物可以更有效或副作用更少。
“这一突破代表了我们合成氟化合物方法的重大转变，氟化合物对于从医学到农业的众多应用都至关重要，”赵说。“通过利用光激活酶的力量，我们开发出了一种提高这些合成效率并符合环境可持续性的方法。这项工作可以为化学生产中新的、更环保的技术铺平道路，这不仅对科学有益，对整个社会也有益。”
这项研究通过开创生物催化领域的创新方法，推进了 CABBI 的生物能源使命，这些方法可以提高生物基化学品（来自植物或微生物等可再生资源而非石油）的生产。开发更高效、更环保的生化工艺符合 CABBI 的重点，即创建可持续的生物能源解决方案，以最大限度地减少对环境的影响并减少对化石燃料的依赖。
这也有助于美国能源部 (DOE) 推动生物能源和生物产品进步的更广泛使命。本研究开发的方法可以实现更可持续的工业流程，降低能源消耗，减少化学废物和污染，从而支持 DOE 促进清洁能源技术的目标。高效生产高价值氟化合物的能力可以促进各个领域的发展，包括可再生能源和支持经济增长和环境可持续性的生物产品。
“我们的研究为未来的医药和农用化学品开发开辟了令人着迷的可能性，”李说。“通过光酶过程将氟整合到有机分子中，我们不仅增强了这些化合物的有益特性，而且以更环保的方式实现了这一目标。想到我们的工作在创造更有效、更可持续的日常产品方面的潜在应用，真是令人兴奋。”
CABBI 研究人员 Yujie Yuan、Wesley Harrison 和伊利诺伊州 ChBE 和 IGB 的 Zhengyi Zhang 是这项研究的共同作者。
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