体外和体内生物催化扩展化学

生命系统包含一个巨大的代谢反应网络，为化学过程提供了丰富的酶和细胞作为潜在生物催化剂。

蛋白质和细胞生物催化剂的特性（即高选择性、在环境友好的条件下控制反应序列和操作的能力）提供了高效生产分子的方法，同时减少了工业化学的成本和环境影响。此外，生物催化提供了化学合成可能无法获得的化学结构和功能的机会。

研究组综合考虑酶、生物合成途径和细胞工程的发展，使其能够用于催化新的化学并拓展其他方向。

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https://doi.org/10.1038/s41586-024-07506-w

解构-重构策略助力嘧啶多样化

构效关系（SAR）研究是药物和农用化学品开发的基础，但只有少数合成策略适用于小分子候选物中经常遇到的氮杂芳烃。

研究组提出了一种替代方法，将含嘧啶的化合物转化为各种其他氮杂芳烃。将嘧啶转化为相应的N-芳基嘧啶鎓盐，可裂解为三碳亚氨基烯胺构建块，用于各种杂环形成反应。

这种解构-重构序列使初始嘧啶核多样化，并能够获得如唑类的各种杂环。实际上，这种方法实现了在复杂分子上形成杂环，从而生成其他方法难以获得的类似物。研究组预计这种解构-重构策略将扩展到其他杂环类。

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https://doi.org/10.1038/s41586-024-07474-1

乙烯基环丙烷与金属自由基的动态立体变化

在化学过程中，对更可持续性和更低能源使用不断增长的需求，要求采用全新的方法和反应性原理。在这种背景下，非贵金属中奇数氧化态通过金属自由基催化产生迥然不同的反应模式，具有尚未开发的潜力。

与公认的反应性范式相反，有机自由基在加入乙烯基环丙烷后，在应变释放下导致快速开环，这种转变广泛用于自由基介导的机械探针（自由基时钟）。研究组表明，金属基自由基（即Ni （I ）金属自由基）触发可逆顺式/反式异构化而非开环。异构化在手性反转下进行且取决于取代模式，在室温下不到5分钟内发生，仅需要添加非贵重催化剂。

综合计算和实验机制研究支持金属自由基催化是这种彻底反应性的起源，合理化了观察到的立体反转，揭示了该过程的关键反应性特征，包括其可逆性。这些发现使得对映纯顺式/反式混合物通过多个Ni （I ）催化轮迭代热力学富集为单个非对映体，并扩展到二乙烯基环丙烷，这构成了天然产物和全合成中的战略基序。

反式异构体通常需要在大约200摄氏度的温度下加热才能在外消旋作用下触发热异构化，以生成顺式二乙烯基环丙烷，然后经历简单的Cope型重排。但该研究显示，类似的反热力学过程在温和条件下在Ni （I ）金属催化下进行，而不会损失任何立体化学完整性，从而可以获得七元环、稠环系统和螺环。

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https://doi.org/10.1038/s41586-024-07555-1

大气新粒子形成机制的全球变率

气溶胶污染研究和气候变化评估的一个关键挑战，是了解大气气溶胶颗粒最初如何形成。虽然新粒子形成（NPF）机制已在特定地点描述过，但在大多数地区，由于大气模型模拟关键NPF过程的能力有限，该机制在很大程度上仍不确定。

研究组综合了分子水平的实验，在一个完全耦合的全球气候模型中建立了11类NPF机制和前驱体气体复杂化学转化的综合表征。综合模拟和观测结果表明，主要的NPF机制在全球范围内是不同的，并且随区域和高程而变化。

在大多数气溶胶浓度高或气溶胶辐射强迫大的地区，以前被忽视或代表性不足的涉及有机物、胺、碘氧酸和HNO3的机制可能主导着NPF；这些区域包括海洋和人为污染的大陆边界层，以及热带雨林和亚洲季风区上空的对流层上层。这些代表性不足的机制在其他区域也发挥着显著作用，例如太平洋和大西洋对流层上层。

对全球NPF机制的综合模拟有助于改进气溶胶气候效应的估计和归因。

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https://doi.org/10.1038/s41586-024-07547-1

（未玖编译）