化學是一門改善人類生活的核心科學,它生產的化合物在能源、農業、只要、個人護理和香精原料等領域都有廣泛應用,傳統分子合成方法往往低效且不可持續。隨著地球人口的增多,可持續發展也成為化學合成的重要準則。
但當代化學在廣泛領域實現可持續性發展似乎不太現實,能源密集型工藝、有毒的試劑和溶劑、耗時的順序目標的合成以及原料的浪費都阻礙著“綠色化學”的發展。小分子藥物研發也是化學領域的主角之一,它的特點是高度密集的化合物合成,大中型的制藥公司在篩選文庫中保留了數百萬中化合物。據保守估計,在藥物發現過程中每年可產生多達200萬公斤的廢物。合成化學中可持續性的關鍵是減少廢物,而反應體系小型化則為實現可持續發展提供了絕佳的機會。

2020年,Green Chemistry報道了Harry和Alexander的工作,文章介紹了利用自動化技術在納米級別的尺度上合成多種2,3,4-三取代喹唑啉,并通過實驗設計實現了反應的可持續性,達到了綠色化學小型化、自動化和多組分反應的原則。
圖1.喹唑啉文庫納米級別合成。
A. I.DOT納升級別移液裝置。 B. 通過對底部有小孔的96孔源板施加壓力,I.DOT可將納升級的液體分配至任一目標板孔中。 C. 96孔源板。 D.384孔目標板。 E.質譜分析過后的384孔板熱圖。 F. 384孔板合成成功率餅圖。

圖2.96孔源板中不同種反應物的分布排列
反應體系的構建方法如上圖所示,作者將不同反應物置于96孔源板中(圖2),通過I.DOT將三種不同的反應物組合分配到目標板不同的384孔中,分配完成后進行反應。圖1中的E和F圖展示了此次反應的結果。此次反應合成了39%的主要產物和34%的次要產物。
值得一提的是,針對本文的應用,作者指出相較于聲波點射技術(acoustic dispensing ejection techno logy,ADE)低液滴兼容性的特點,I.DOT可實現ADE不能實現的低沸點,高
揮發性液體的轉移,這也是本次實驗設計成功的關鍵。
I.DOT技術利用非接觸式、基于壓力的分配技術,實現了384孔板上的高效自動化合成。想象一下,僅需輕輕一按,就能精確釋放納升級液滴到目標板中,整個過程無需人工干預,大大提高了實驗效率。
納米級合成和無需針頭的特點,顯著降低了合成化學對環境的影響。在可持續發展的大背景下,這樣的創新無疑為我們指明了方向。
I.DOT技術的自動化特性減少了化學家與有害化學品的接觸,從而大大提高了實驗的安全性。
在實驗中,I.DOT技術成功合成了多種2,3,4-三取代喹唑啉類化合物,并展示了良好的可擴展性。其中,一種喹唑啉甚至在10克規模下實現了73%的總產率,證明了其強大的合成能力。
科學家們正在利用I.DOT技術構建化合物庫,并針對治療靶點進行測試。我們期待這一創新技術能夠帶來更多突破性的成果,為人類的健康和福祉貢獻力量!

