Visste du att mer än hälften av de läkemedel som används för närvarande är kirala, potentiellt resultera i två olika reaktioner i kroppen? Kirala föreningar är par av molekyler som är spegelbilder av varandra, precis som en persons högra och vänstra hand. Eftersom kroppen interagerar med varje molekyl på olika sätt, ett kiralt läkemedel kan ge de önskade effekterna från en molekyl, tillsammans med en oönskad bieffekt från dess spegelbild. Det skulle vara mycket säkrare och mer effektivt att göra rena föreningar utan att bilda deras onödiga spegelversioner som bara går till spillo, men sådan selektiv syntes har förblivit en av de svåraste utmaningarna i läkemedelsupptäckten.

Leds av professor Chang Sukbok, forskare vid Center for Catalytic Hydrocarbon Functionalizations inom Institute for Basic Science (IBS) i Daejeon, Sydkorea, har rapporterat att de skapat en grupp nya kirala iridiumkatalysatorer för selektiv syntes av kirala laktamer. Även om laktamer är viktiga byggstenar i många läkemedel, till exempel, penicillin, ett anmärkningsvärt laktambaserat antibiotikum, det har funnits få effektiva sätt att peka ut endast en molekyl från ett par av de symmetriska spegelbilderna. De nya katalysatorerna gjorde det möjligt för forskarna att påverka syntesen till förmån för att producera en produkt framför den andra med 99 procents selektivitet.

Atomerna i kirala läkemedel hänger ihop på samma sätt men skiljer sig åt i hur de är orienterade i rymden. Forskarna identifierade vilken katalysator som inducerade en högerrotation och vilken som orsakade en vänsterrotation. Kombinera experimentella observationer och detaljerade datorsimuleringar, de fann att övergående bildning av vätebindning mellan ett substrat och katalysatorn inducerade så hög segregation i reaktionen.

Vätebindningen är en allestädes närvarande interaktion mellan molekyler i naturen. Eftersom denna koppling stabiliserar mellanprodukter och övergångstillstånd under en reaktions gång, det leder så småningom till produktion av kirala laktamer som tillåter hög selektivitet. Den första författaren, Dr. Yoonsu Park säger, "Det var nyckeln att förstå reaktionsmekanismen för att underlätta ytterligare katalysatorutveckling. Denna mekanismbaserade strategi och reaktionsdesignmodell gjorde det möjligt för oss att hitta denna nya transformation."

I synnerhet, denna studie föreslår ett hållbart protokoll för att producera mycket eftertraktade, ovärderliga kirala laktamer. Genom att använda billiga och lättillgängliga råmaterialkolväten, forskarna producerade en grupp kirala laktamer i olika former. Eftersom deras kiralitet och olika strukturer gör det möjligt för laktamer att fungera som en aktiv förening i kroppen för antibiotika, antiinflammatorisk, eller antitumörfunktioner, denna studie kan underlätta utvecklingen av potentiella läkemedel på ett mer effektivt och billigare sätt.

"Detta är ett stort steg framåt inom området asymmetrisk katalys. Eftersom laktamer hittar flera tillämpningar inom medicin, syntetisk, och materialkemi, vår studie kan ge grundval för att utveckla säkrare och effektivare kliniska läkemedel, "förklarar professor Chang.