把不可能变成可能

谢作伟教授(前排中)与他的研究团队
14-顶点碳硼烷的合成路线

2002年6月,在例行的研究小组讨论中,化学系的谢作伟教授留意到学生提交的一些有趣数据。这些数据并非当日讨论的主题,却给他带来这样的想法:也许可以合成一种十四顶点碳硼烷,这是过去四十年来世界各地没有任何研究人员做到的。事实上,在2003年之前,十三顶点碳硼烷也只是理论。

谢教授说:「做研究必须心思缜密。切勿忽略细节,因为天使很可能就在细节中。一些不显眼的事物,可能带来重大的发现。」自此,研究小组艰苦作战,要合成至今为止所知最大的碳硼烷笼──十四顶点碳硼烷。

碳硼烷是碳和硼原子组成的一种群组,在热力和化学上相当稳定,但这种稳定性其实是一把双刃剑,一方面使它成为聚合物、陶瓷及以硼为基础的癌症治疗的理想基本块(功能性碳硼烷),另一方面却使合成大型碳硼烷的过程极为困难。

究竟是什么一回事?

化学家的梦想一直是构建超级分子,以模仿自然界分子的奇妙功能。试把这些碳和硼原子想像为不同大小的珠子,把化学粘结作用想像为不同强度的丝线,谢教授的研究就是探讨以不同的方法和组件,把这些珠子串起来。最终这些珠串有部分可以成为珠宝首饰、输送带的部件、机械零件、笼子等。试想像这十四顶点碳硼烷是世界最大的分子货物载体,可用作输送药物,很可能是下一代的含硼癌症药物。以最佳方法串起珠子的第一步若做得不够好,谈论它的下游应用方法也是徒然。

合成过程

发现这超级碳硼烷的过程中采用的合成方法,可作为产生功能性碳硼烷的新策略,本身是另一个有趣的故事。谢教授请学生在两个碳原子之间建立连接环,以限制原子的活动。由于短的连接环难以合成,学生合成了很长的连接环,似乎有违原有目的。但细看数据之下,谢教授发觉有了这长长的连接环后,实际上可以在笼内多放置两个硼原子。其意义在于经过进一步发展,这超级碳硼烷开发成为含硼癌症药物时,同一剂药物便含有十二个硼原子,而非十个。含硼癌症药物的有效剂是硼,它能抑制癌细胞的多种酶活性。这种含有十二个硼原子的新分子,可能大大增加含硼癌症药物的效能。

谢教授及其团队成功合成至今最大的碳硼烷笼──十四顶点碳硼烷的报告,发表于行内地位最崇高的AngewandteChemie International期刊上,大家都引以为荣。他们取得了一般认为几乎不可能的成就。