第一个使催化摆动的有机振荡器

几乎所有流行的化学展览中都会出现振荡化学系统，尤其是那些表现出惊人颜色变化的化学展览。但到目前为止，除了计时之外，这些类型的反应几乎没有实际用途。另一方面，在自然界中，许多重要的生命过程(例如细胞分裂和昼夜节律)都涉及振荡。格罗宁根大学的科学家现已开发出一种包含催化剂的振荡系统，并表现出周期性催化活性：这种合成化学振荡器的作用不仅仅是计时。9 月 6 日， 《自然》杂志发表了对这种由简单分子产生的复杂行为的描述。

进行复杂化学反应的传统方法是单个反应的逐步过程，并在步骤之间进行纯化。格罗宁根大学均相催化教授 Syuzanna Harutyunyan 实验室设计的系统采用了完全不同的方法，更类似于活细胞中发生的情况。不同的组分在流动池中混合在一起，所有反应同时发生。Harutyunyan 小组的前博士生 Matthijs ter Harmsel 解释说：“通过结合正反馈回路和负反馈回路，我们使所有反应共同产生一个振荡系统。” 新鲜化学品的流入受到调节，使系统保持不平衡。

扳机

Ter Harmsel 设计了一个由五种不同化学反应组成的系统，所有反应都发生在同一个烧瓶中，其中每种化学成分都有其独特的用途。其核心是哌啶，与芴基甲氧基羰基保护基团 (Fmoc) 结合。这种碱不稳定的保护基广泛用于有机合成。触发分子去除保护基团，所得哌啶充当其自身形成的催化剂。两种不同的乙酸盐充当抑制剂，一种快速，一种缓慢。缓慢抑制剂不可逆地从混合物中除去哌啶。

整个过程发生在连续搅拌釜反应器内，试剂流入，反应产物流出。“通过结合正反馈回路和负反馈回路，我们产生了脉冲，这是振荡系统的单一组成部分”，Ter Harmsel 解释道。“接下来，我使用了一个模型，其中包含反应器内所有化学反应的速度，这使我能够确定系统会在什么浓度下振荡”。

两年

在奈梅亨拉德堡大学哈克实验室奥利弗·马奎尔的帮助下，找到了振荡系统的合适条件。Maguire 与 Ter Harmsel 一起成功在流动反应器中实现了振荡反应网络，使系统达到振荡阶段。

由于关键的振荡物质是小分子有机催化剂，研究人员推断，通过让它加速单独的化学反应，它们也可以振荡。这反过来又导致耦合系统中化学选择性的增强，有利于混合反应中的一种反应而不是另一种反应。

由于振荡，包括哌啶有机催化剂在内的化学物质的量有规律地增加和减少。“我们花了两年时间创建这个系统，其中包含由十三个不同组件组成的网络”，Syuzanna Harutyunyan 说道。“一旦我们在有机催化剂的形成过程中获得了第一个脉冲，我们就知道我们可以让它振荡。” Wilhelm Huck：“这是一次非常令人兴奋的多学科合作，合成化学、催化、物理有机化学和理论都为化学系统的‘运转’做出了贡献。”

聚合物刷

新的振荡器并不是为了漂亮的颜色变化而设计的，而是为了做实际的工作，例如自主时间控制的周期性合成。生物学家对此不会感到惊讶，因为许多生物系统都表现出耦合过程的振荡。Ter Harmsel：“然而，对于有机化学家或从事催化工作的人来说，这是一个奇怪的概念。” 特·哈姆瑟尔对系统化学感兴趣，这是一个更像生物学的领域。

该小组的博士后索菲亚·鲁尼基纳(Sofiya Runikhina)解释说，振荡系统也可能有实际应用，例如可以用于合成聚合物：“我们现在正在研究这个问题。” 我们想在反应器中添加可以生长聚合物的珠子。在每次振荡时，单体都会被添加到不断增长的链中。这是一种生长致密聚合物刷的非常巧妙的方法。