Forskare vid Rice University har förenklat sitt sätt att syntetisera en mycket mångsidig familj av prekursorer på väg till biologiskt aktiva föreningar. Deras metod ska göra läkemedelsdesign och utveckling billigare och miljövänligare.

Den syntetiska kemisten László Kürti och postdoktorala forskarna Zhiwei Ma och Zhe Zhou rapporterade sin syntes av oskyddade aziridinmolekyler, viktiga byggstenar i syntetisk kemi. Labbets primära fokus är att minska antalet steg som krävs för att syntetisera kväveinnehållande kemiska föreningar. Ett sätt att göra det är att förenkla syntesen av prekursormolekyler som sedan enkelt kan modifieras till produkter.

Deras arbete visas i Angewandte Chemie International Edition .

Aziridiner är triangulära strukturer som innehåller två kolatomer och en kväveatom som är sammankopplade. Energiinnehållet i aziridiner är högt på grund av spänningen i den treledade ringen. Detta är nyckeln till deras användbarhet som byggstenar, eftersom de lätt kan öppnas i kombination med lämpliga reaktionspartners, Sa Kürti.

Syntetisering av aziridiner som kan modifieras för framställning av läkemedel och andra industriella ändamål innebär vanligtvis steg för att bevara förmågan att funktionalisera sina känsliga kväveatomer, som är viktiga för att hålla produkterna biologiskt aktiva.

"Den stora majoriteten av forskning som görs inom aziridinkemi berör endast syntesen av olika skyddade aziridiner, som ofta inte kan funktionaliseras ytterligare, ", sa Zhou. "Denna enkla metod ger tillgång till oskyddade aziridiner, som är mycket lättare att fungera. "

Vad är skillnaden mellan skyddade och oskyddade aziridiner? "Nyckeln är kväveatomen, "sa han." När detta kväve är anslutet till en elektronuttagande grupp, aziridinet är skyddat, medan anslutning till en väteatom eller alkylgrupper ger upphov till oskyddade aziridiner."

Den nya metoden bygger på en som introducerades för tre år sedan av Kürti och hans kollegor och rapporterades i Science. Den uppsatsen beskrev ett sätt att göra aziridiner direkt från olefinföreningar i ett enda steg och under milda förhållanden, men omvandlingen tog i vissa fall dagar och lämnade efter sig en giftig biprodukt. (Olefiner består endast av väte och kolatomer och produceras i enorma mängder av petroleumindustrin genom krackning av kolväten.)

Det nya arbetet effektiviserar processen och eliminerar toxiciteten, sa Kürti. "Vi tar in ett riktigt billigt och lättillgängligt reagens, hydroxylamin O-sulfonsyra, och använda den som en elektrofil kvävekälla för olefinaziridineringsreaktioner, " han sa.

Fördelarna med one-pot-processen inkluderar förmågan att producera aziridiner vid rumstemperatur på så lite som några timmar och med en liten mängd katalysator, han sa. Den enda biprodukten av processen är ett miljövänligt och vattenlösligt sulfat.

De resulterande molekylerna är också stereospecifika, sa Zhou. "Stereospecificitet betyder att om man tar en olefin i en reaktion med en strikt definierad dubbelbindningsgeometri (cis- eller trans), den geometrin kommer att bevaras helt i slutet av processen."