Terpener är naturliga produkter som ofta är mycket svåra att syntetisera i laboratoriet. Kemister från universitetet i Basel har nu utvecklat en syntesmetod som efterliknar naturen. Det avgörande steget sker inuti en molekylär kapsel, som möjliggör reaktionen. Resultaten publicerades nyligen i tidskriften Naturkatalys .

Terpener är den största klassen av kemiska föreningar som finns i naturen. De inkluderar, till exempel, många eteriska oljor, steroider och kliniskt relevanta substanser som det malariamedicinska läkemedlet artemisinin eller kemoterapiläkemedlet paklitaxel.

Trots allt mer förfinade syntesmetoder, kemister har funnit det mycket svårt att syntetisera dessa strukturellt komplexa föreningar i labbet. Processen kräver ofta många, inte alltid selektiva syntessteg, och avkastningen tenderar att vara låg.

Naturen visar vägen

Forskargruppen som leds av professor Konrad Tiefenbacher från universitetet i Basels kemiavdelning har nu tagit fram ett synteskoncept för terpener kopierade från naturen.

Det avgörande steget äger rum i hålrummet i en sfärisk förening – känd som en molekylär kapsel. Resorcinarenkapseln som används har varit känd i cirka 20 år men dess katalytiska effekt har först mycket nyligen beskrivits, av Tiefenbacher och andra. I organiska lösningsmedel, kapseln bildas av sex mindre, ringformade föreningar med hjälp av vätebindningar.

På samma sätt som naturen, forskarna under ledning av Tiefenbacher börjar med ett utgångsmaterial för syntesen, som omsluts av kapseln. Kapselmiljön möjliggör då bildningen av terpenen. Dessutom, kontrollelement som tidigare integrerats i prekursorn hjälper till att undvika oönskade biverkningar och riktar omvandlingen mot den önskade produkten.

Beprövad användbarhet

Tillämpligheten av konceptet bevisades genom syntesen i fyra steg av naturprodukten isolongifolen, med bildningen av en ringformad terpenförening katalyserad av kapseln som nyckelsteget. Detta lyckades – jämfört med konventionella synteser – i betydligt färre steg och med bra utbyte. Med hjälp av märkta prekursorer och med hjälp av datorsimuleringar, Baselkemisterna kunde också klargöra reaktionsmekanismen.

"Vårt nästa mål är att använda kapslar som ett artificiellt enzym för att skapa ännu mer komplexa terpener, " säger professor Tiefenbacher. "För att göra det, vi måste lära oss att bättre kontrollera det rumsliga arrangemanget av prekursorn i kapseln, antingen genom att modifiera det befintliga systemet eller genom att utveckla nya katalysatorer." Detta kan öppna upp för nya sätt att syntetisera terpenföreningar som annars inte skulle vara lättillgängliga.