合成複雜分子是一門出了名的棘手藝術，也是許多化學家每天的苦差事。但伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的化學家馬蒂·伯克表示，他已經找到了一種製造機器的方法，只需按下一個按鈕即可將分子縫合在一起。
伯克說：“我們可以將合成的力量帶給非專業人士。”在他的系統中，今天在《科學》雜誌上描述的，一臺計算機控制著泵和注射器系統，以推動含有化合物的溶液，這些化合物可以像積木一樣拼接在一起，從而創造出各種各樣更大、更復雜的分子。
伯克花費多年時間開發了至關重要的構建塊，一個含有硼的有機酸分子庫，稱為MIDA硼酸酯。這些化合物——現在已上市銷售——被設計成兩端都有化學基團，可以很容易地相互反應。伯克此前曾報道，透過以正確的順序組合正確的構建塊，有可能製造出各種形狀不同的大分子。
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僅僅使用泵和注射器來移動化合物——一個被稱為“流動化學”的過程——對於完全自動化來說是不夠的。通常，在兩個構建塊拼接在一起後，需要進行手動純化反應：必須洗去不需要的副產物和雜質，並且必須回收成功拼接的新分子，以便與另一個構建塊進一步反應。但伯克的團隊找到了一種自動化純化步驟的方法：新反應的MIDA硼酸酯會粘附在矽膠上，使其易於洗去其他化學物質。然後，伯克發現，只需新增另一種溶劑，稱為四氫呋喃 (THF)，就可以單獨洗脫 MIDA 硼酸酯以進行未來的反應。伯克說：“從開始到結束的整個過程都由機器完成。”
位於馬薩諸塞州波士頓的工業化學家和博主德里克·洛表示：“如果不是 THF 洗脫技巧，我不知道這怎麼可能實現自動化。”
死記硬背的合成
化學家已經實現了肽（由氨基酸構建塊組成的短鏈蛋白質）合成過程的自動化：樹脂吸附不斷增長的肽鏈，未反應的構建塊只需洗去即可。但肽合成是一個更容易解決的問題：有限範圍的氨基酸殘基以直線連線在一起。伯克的多樣化構建塊可以製造具有分支和環的複雜分子。
洛表示：“機械方面並不是我最興奮的部分。”對他來說，將化學合成視為簡單地將相同的模組化構建塊拼接在一起的概念性飛躍更有趣。
他說：“我們合成有機物的人非常習慣於將每個複雜分子都視為一個全新的領域，一座需要攀登的新山峰。”“我確實認為有機合成應該成為實現其他目的的一種手段，而要實現這一點，很多合成必須變得常規化。”
韓國蔚山國家科學技術研究所的化學家巴託斯·格里博夫斯基表示，伯克的系統將對藥物發現有用，在藥物發現中，大量新分子被篩選以尋找其對抗疾病的潛力，“這對製藥公司來說將是偉大的，”他說。儘管有 200 種市售的 MIDA 硼酸酯，但格里博夫斯基想知道是否總會有完全正確的組合來製造特定的目標分子。
洛表示，這些構建塊涵蓋了相當多可能的分子，但遠未涵蓋化學家可能想要合成的一切。“這不會是一臺‘製造任何有機化合物’的機器，”他說。“但沒有人期望會發生這樣的事情。它可以成為製造一系列特定化合物的絕佳方法。”
伯克的機器不一定會很快來到您附近的化學實驗室。自動化的關鍵技術已獲得專利，並獨家授權給伯克共同創立的加利福尼亞州紅木城的 Revolution Medicines 公司。Revolution 的執行長馬克·戈德史密斯表示，下一步將涉及投資開發伯克在他的實驗室中建立的概念驗證套件，並瞭解它如何幫助他們進行藥物發現。戈德史密斯說，未來，該公司可能會尋求與其他企業合作伙伴建立合作關係。
本文經許可轉載，並於2015 年 3 月 12 日首次發表。