創新合成天然藥物分子 中山大學研究永續綠色科技

氧雜螺內酯(oxaspirolactone)常見於自然界生物中,能抑制人體免疫反應、抗發炎,已被應用在藥物分子中,但現行的合成方法既耗時且成本高,過程繁複、危險、耗能,更造成生態負擔。國立中山大學化學系助理教授、玉山青年學者廖軒宏利用無溶劑矽膠吸附法(silica-supported solvent-free synthesis)以及高雄強烈充足的日照與空氣,成功合成製造出更環保、安全且成本更低的氧雜螺內酯。這項創新成果榮登國際期刊「綠色化學」(Green Chemistry)。

研究團隊表示,氧雜螺內酯存在於大自然中的植物、海洋生物、陸生動物中,在單一生物中含量極少、取得困難、十分珍稀,「像是必須從極度瀕危的植物貝山祖冷杉(Abies beshanzuensis)樹幹樹皮中萃取而得」。過去30年,全球有機合成化學家持續研發人工合成方法,卻必須使用強大能量、昂貴金屬試劑、不友善環境的溶劑、危險氣體,經過冗長繁複的程序,在推進製藥發展、人體健康的同時,難以兼顧環保永續。

「這項科研突破不僅是陽光普照的『高雄限定版』,團隊還嘗試將光源從陽光改為室內人工光源,應用實驗室與辦公室常見的長條LED燈,或是節慶使用的聖誕燈條,在12小時內成功合成氧雜螺內酯!」中山大學化學系助理教授廖軒宏表示,為尋找兼顧永續的科學方法,自2020年夏季開始,研究團隊搭配可見光催化、非勻相Brønsted酸催化,以及無溶劑矽膠吸附法,開發出全新合成方法,運用在地充足的日照與空氣作為光源和氧氣的來源進行合成,僅約數小時即可製造出氧雜螺內酯,大勝非常耗時的傳統合成方式,且產率高達99%、不需使用溶劑、操作過程更為簡便、後續不會產生汙染物,「這項研究同時也突破了氣候限制,在陰雨天或是日照微弱的地區一樣能做,未來能廣泛應用。」

廖軒宏進一步表示,在合成過程中,僅需使用兩種友善環境的試劑(陽光、空氣),相對傳統需要至少5種以上的難以取得的化學試劑,能夠撙節更多開發與製作成本,過程的操作也更為簡易安全,因此降低了操作人員的門檻,對於降低成本、投入量產都是一大利多。

研究團隊未來希望透過不殺生的方式,以人工合成製備大自然界珍稀的化合物氧雜螺內酯,進而用於藥物活性成分、藥物開發等領域,實踐綠色化學,推進製藥創新,造福更多人類。此外,也計畫應用不對稱合成方式,讓未來的氧雜螺內酯合成物更精準安全,降低可能存在的藥物副作用,維護大眾用藥的安全。

廖軒宏研究團隊成員包括博士研究生施尼諾(第一作者)、克普姆、研究助理張桂禎、博士研究生蔡宗男、高偉誠。期刊連結:https://doi.org/10.1039/D2GC03598G