Två oberoende kemigenombrott har öppnat en uppsjö av dörrar som tidigare var låsta för läkemedelsutvecklare och cancerforskare.

Upptäcktena, som innebar att lägga till nya material till en tidigare instabil kemisk ställning och bygga molekyler på "livets pigment", kommer också att erbjuda nya möjligheter för molekyläringenjörer, material- och datavetare, och energiforskare.

Tänka innanför boxen

I det första fallet, forskare löste en decennier gammal utmaning genom att utveckla nya verktyg för en syntetisk (konstgjord) molekyl – kubansk – som används flitigt i läkemedelsindustrin. Kubanemolekyler består av åtta kolatomer arrangerade i hörnen av en perfekt kub. Men trots enkelheten i formen, modern kemi har, tills nu, hade mycket svårt att hantera sin unika reaktivitet. Genom att dechiffrera hur man kan kringgå denna inneboende reaktivitet, dörren är nu öppen för läkemedelsutvecklare att skapa nya, mer olika terapier från Cubane och dess derivat.

Forskarna leddes av ett team från Trinity College Dublins School of Chemistry. Deras upptäckt publicerades nyligen i den internationella tidskriften Kemi – En europeisk tidskrift , där den finns som VIP-tidning och på journalens framsida.

Ett team på sex forskare under ledning av professor i organisk kemi vid Trinity, Mathias O. Senge, upptäckte hur man kan kringgå den inneboende reaktiviteten hos den kubanska kärnan, medan seniorforskare, Dr Bernhard, och de andra teammedlemmarna fyllde i huvudsak den tomma kubanska verktygslådan, vilket gjorde det möjligt för dem att etablera nya förbindelser och skapa viktiga rester på den kubanska ställningen.

Professor Senge sa:"Jag utmanar ofta mina elever att tänka utanför boxen så jag blev verkligen förvånad när de kom med idén att tänka inuti boxen. Men, det är den uppenbara enkelheten i den kubanska kärnan som verkligen ligger till grund för effekten av den nuvarande bedriften."

"Vi har en strukturellt unik byggsten som hittills har försummats av majoriteten av syntetiska kemister, just för att den här kuben är så svår att arbeta med. Dock, med stor risk kommer stor belöning. Jag är glad över vår nuvarande framgång och nyfiken på de vägar det kommer att öppna inom områden som sträcker sig från nya läkemedelsupptäckter till 2000-talets datorchipsgenerering!"

"Resultaten från detta långsiktiga, Grundforskningsprojekt kommer att ha betydande fördelar under de kommande åren eftersom vi nu kan framställa ett större utbud av skräddarsydda föreningar. Vi är mycket tacksamma över att ha fått kontinuerlig långsiktig finansiering från Science Foundation Ireland för att stödja detta arbete, utan vilken vi inte skulle ha gjort denna viktiga upptäckt."

Konfigurera om livets pigment

En annan grupp forskare, också ledd av professor Senge, upptäckte nyligen hur man konfigurerar om porfyriner, "livets pigment", som länge har haft outnyttjad potential som användbara aktörer inom cancerterapi, solenergi, och materialvetenskap.

I naturen, porfyriner är ansvariga för den gröna färgen på bladen och den röda färgen på blod. All deras funktionalitet är baserad på samma kemiska kärnstruktur:fyra mindre ringar kopplade till en större ring, med en liten hålighet i mitten. De flesta av deras funktioner i naturen (fotosyntes, syretransport) uppstår när de är värd för olika "gästmetaller" (magnesium, järn, kobolt, nickel) i mitten av molekylen. Olika metaller utlöser olika funktioner i dessa "metalloporfyriner".

Det fem man starka forskarteamet upptäckte att genom att överbefolka den stora porfyrinringen, de kunde tvinga den att vända ut och in och förändras till en form som liknar en sadel. Viktigt, detta lilla knep gjorde det möjligt för dem att utnyttja de speciella egenskaperna hos den tidigare otillgängliga kärnan.

Professor Senge och hans team arbetade nära professor Stephen Connon, en expert inom området organokatalys i jakten, och publicerade nyligen sitt arbete i en ledande internationell tidskrift Kemisk kommunikation , som visar studien på framsidan.

Professor Senge sa:"Genom att böja porfyrinkärnan trodde vi att vi skulle kunna använda de tidigare begravda funktionerna genom att använda porfyrinet som en katalysator."

"En katalysator är en förening som attraherar andra molekyler och omvandlar dem till nya enheter och katalytiska processer är kärnan i kemin och naturen, så de är av betydande industriellt och kommersiellt intresse. Upptäckten att dessa metalloporfyriner fungerar som effektiva metallfria katalysatorer öppnar nu nya horisonter för dessa naturliga pigment. Snart, vi hoppas kunna skräddarsy porfyriner enligt specifika krav och använda vår rationella designmetod för olika tillämpningar inom kemi, biokemi, fysik och bortom."