仿生催化为什么从热门变成了冷门研究领域(供稿:长沙资材科技有限公司)

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2026-10-06
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国际上做仿生催化研究的有哪些代表性人物?

为什么仿生催化在西方成了冷门研究领域?

20世纪70年代,我国还处于文革后期的时候,以美国为代表的西方发达国家就将金属卟啉仿生催化视为国家战略性研究领域集中全国精英开展仿生催化相关研究。西方发达国家为什么会把金属卟啉仿生催化上升到国家战略地位?最主要的是,以金属卟啉为活性中心的血红素酶催化了生命体内几乎全部涉及氧化过程的生理过程。氧的来源都是动力学能阈(反应活化能)特别高的氧气,条件都是接近常温。令化学家们不可想象的是,在化学上特别稳定的惰性碳氢键能在生理条件下轻易发生反应,更不可思议的是,还有一种带卟啉活性中心的被称为细胞色素P-450的酶还专门选择性氧化一级碳氢键。但现在工业上以空气做氧源的反应少之又少,而且还要高温高压条件。如果仿生催化技术成功是什么概念?以我国为例,据统计,涉及催化技术的上下游生产产品约占全国GDP的20%,其中氧化技术占到了全国GDP的5%。这些使得不但科学界,还有几乎位列世界100强的所有化工企业也都加入仿生催化研究行列。当时金属卟啉仿生催化主要研究阵营有:Basolo(美国科学院院士,前化学会主席)、Breslow(美国科学院院士)、Collman(美国科学院院士)、Bwrcaw(美国科学院院士)、Gray(美国科学院院士)、Meunier(法国科学院院士)所领导的实验室都是金属卟啉仿生催化的研究中心。为什么仿生催化研究在西方国家火近20年,现在成了冷门研究领域了呢?就因为他们中的三个组的工作都表明金属卟啉仿生催化不可能工业应用。Gray课题组于1994年在《Science》发表的论文中基于卤代铁卟啉烷烃氧化实验指出,该类催化体系反应遵循自由基链式路径,并提出传统金属卟啉P‑450模拟体系受催化剂稳定性、成本等因素制约,难以实现工业应用。Bercaw在2002年《Nature》综述指出:生物体内P‑450氧化是蛋白骨架、电子传递链与微环境共同协同的复杂系统,虽可在实验室复现氧化反应,但普遍面临催化剂易氧化降解、成本高、氧化剂受限等现实瓶颈,难以形成了工业应用的技术。Meunier1992年在Chemical Reviews综述中指出,金属卟啉仿生氧化体系面临催化剂大环易氧化破坏、实验室常用氧化剂成本高昂、均相催化剂难以回收循环等多重现实障碍,都制约该类体系走向工业规模应用。实际上,从上世纪90年代后期开始,西方国家的仿生催化研究就从热点变成了冷门。

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