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撲朔迷離

Azadirachtin 構造決定

「基於對生物體的好奇,科學家在一百多年前試著從生物體內取得化學物質,他們把生物體 打碎,浸泡於有機溶劑之內,把其中所含有的有物質萃取出來,再加以分離、純化,得到化 合物,接著,再以化學方法來定出化學結構。

在1970年代之前,化學結構的決定方式以化學方法為主,把化合物分解成小部份,確定 各小部份的結構之後,再拼湊起來,最後以合成的方式製造出相同結構的分子,比對其熔點 及其他種種物理及化學性質,以判定先前的推理是否正確。

說天然物的構造決定帶動了有機化學的發展是並不為過的,從此衍生出了著重於化學反 應的有機合成化學,及以分離、構造決定為主的天然物化學。有機合成逐漸成為獨立的一個 學門,天然物化學則因儀器的進步,構造決定日漸被視為無原創性的例行公事。

不管別人如何看待,且先回顧一下 Azadirachtin 的化學結構式是如何定出來的。

基於對寧樹使昆蟲「拒食」的好奇心,科學家開始去探討其原因,是什麼樣的化學物質 使昆蟲對這種樹「敬而遠之」。

1968 年,Morgan 及 Butterworth 從寧樹種子單離出一種新的物質,該物對沙漠蝗蟲有 極高的拒食活性,被命名為 azadirachtin (往後的文章中將簡稱為 aza),但尚不知其化學 結構。1972 年,這兩位科學家定出了部份的結構及其分子式如下。


partial structure of aza
by Morgan and Butterworth at 1972

他們用的是化學分解的方式,把 aza 加酸、加鹼去破壞、分解它,得到肢離破碎的片斷, 根據這些片斷來拼湊。除了上述成果外,他們並認為aza具有兩個乙醯基 (即上圖的 Ac), 沒有環氧基及 hemiacetal。
acetal structure

1975年,Nakanishi 研究小組首先提出了 aza 的完整化學結構。主要憑藉的方法是核磁 共振光譜 (NMR)。
aza structure by Nakanishi
 group at 1974

十年的時間,沒有任何的異議出現,但質疑不斷,世界上同時有三個研究小組在進行驗 證的工作,它們是位於美國紐約的哥倫比亞大學,德國司徒加 (Stuttgart) 的 Hohenheim 大學及英國倫敦的 Imperial College,領導者分別是 Nakanishi,Kraus 及 Ley,他們都 來過台灣。

1985年,德國小組提出了新的結構式,同年,英國小組也有新的看法。二者的共同點在 把碳 11 及碳 30 間的氧橋改成在碳 11 和碳 19 之間。而英國小組更把碳 13、碳 14 與 氧的連接方式對調。
revised aza structure by
Kraus and Lay groups at 1985

沒隔多久,德國及英國的小組分別宣稱他們拔得頭籌,解出了 aza 的正確結構。德國小 組是靠 NMR 的證據,英國小組則是靠衍生物的 X 光數據。

final structure of aza
at 1985

1987年,上述三個研究小組一致認定最新的結構式是正確的,也為 aza 的構造決定劃下 了句點。

19990914

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