Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)
Experiment vid ANSTO:s australiensiska centrum för neutronspridning och den australiensiska synkrotronen har avslöjat tillväxtmekanismen bakom en ovanlig tvillingkristall som bildar sammanfogade "vingar" i det vanligast föreskrivna antihypertensiva och diuretika, hydroklortiazid (HCT).
Dr Alison Edwards, en medförfattare på tidningen publicerad i Angewandte Chemie "fjärils"-kristallerna hade tydliga vänster- och högerhänta domäner som delade ett gemensamt plan.
Även om molekylär kiralitet (när en molekyl har en spegelbild som inte kan läggas på varandra) i farmaceutiska föreningar var välkänd, den distinkta strukturen hos symmetriska sammanfogade kristaller var ovanlig.
"Denna forskning, som leddes av Prof Mark Spackman vid University of Western Australia och hans post-doc Dr Sajesh Thomas (nu Marie Curie Fellow vid Aarhus Universitet i Danmark), är värdefullt på grund av vad det lär oss om kristallisationsprocesser och spontan upplösning som kan uppstå eller uppmuntras att inträffa", sa Edwards.
Kontroll av kristallisationsprocesser i en industriell miljö är viktig, såsom vid tillverkning av läkemedel.
"Vi vet att det finns några molekyler som används i droger, där ena handen av molekylen är terapeutisk och den andra inte är eller kan ens vara skadlig.
"Det finns exempel med läkemedel mot epilepsi, där ena handen förhindrar kramper och den andra orsakar dem.
Tvillingkristaller innefattar domäner med motsatt kiralitet. Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)
"Kontroll av tillväxten av den önskade formen av ett läkemedel är avgörande.
"Det har förekommit tragiska fall där droger förts ut på marknaden i en godkänd form som en blandning av dess höger- och vänsterhandsformer - det mest kända är Thalidomide som beskrivs i Vetenskapliga rapporter under 2018. Området har fortsatt stor betydelse inom farmaci. Frågorna som styr verkningssättet för denna och andra droger förblir också ett viktigt forskningsområde - kontroll av kiralitet är grundläggande i detta avseende och vår artikel ger insikt i detta.
"Ett annat klassiskt exempel är limonen, som har en sida som smakar citron medan den andra smakar apelsin. Skillnaden i smak kommer från molekylens kiralitet.
"Förstå hur kristaller börjar, eller kärnbilda, och växa är extremt användbar information.
"I HCT, strukturen börjar från ett gemensamt ansikte med vänster- och högerhänta domäner i en specifik orientering.
"Vi har vetat att molekylen gjorde detta under mycket lång tid utan att förstå mekanismen i arbetet, sa Edwards.
Det finns bara ett annat tidigare känt fall av en molekyl med en blandning av domäner, känd som enantiomerer, uppvisar en gräns mellan två fysiskt separerbara domäner.
Dr Alison Edwards och Dr Ross Pilz konfererar vid Koala Laue Diffractometer. Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)
"Vår neutrondiffraktionsstudie på Koala-instrumentet genomfördes för att bestämma positionen för väteatomer i molekylen och hur de interagerar med varandra."
"Eftersom neutroner interagerar med kärnan av väteatomer, vi får verkliga intermolekylära avstånd."
Dr Ross Piltz, också medförfattare, hjälpte till med dataförbättringar.
Utredarna använde också mikroröntgendiffraktionsdata vid Australian Synchrotron HCT för att bekräfta kristallstrukturen hos de intakta tvillingvingarna och de separerade vingarna hos tvillingkristallen.
Cirkulär dikroismspektroskopi hjälpte också till att skilja de enantiomorfa tvillingkristallerna från andra typer av tvillingkristaller.
Författarna noterade att trots dess vanliga användning, den subtila konformationella kiraliteten och det ihållande uppträdandet av symmetriska sammanfogade tvillingkristaller av HCT (Form 1) var inte kända.
