Varje biologisk reaktion är en kemisk reaktion. Utbytet av koldioxid mot syre i våra lungor och blodkroppar, till exempel, orsakas av molekyler som släpper ut kemikalier och reformeras med nya. Den okontrollerade replikeringen av cancerceller är resultatet av att trasiga kemiska föreningar kommunicerar fel. Uppdraget att utveckla förbättrade läkemedel för att främja hjälpsamma reaktioner eller förhindra skadliga har drivit organiska kemister att bättre förstå hur man syntetiskt skapar dessa molekyler och reaktioner i laboratoriet.

Ett team från Yokohama National University i Japan har tagit ett steg mot att förverkliga denna önskan med sin senaste studie, publicerad den 19 juli i Journal of Organic Chemistry .

Forskarna utvecklade syreheterocykler, som är ringstrukturer som består av atomer från två eller flera grundämnen. Dessa föreningar utgör alla nukleinsyror i en persons genetiska kod. En annan version av heterocykler, som innehåller kväve, finns i mer än hälften av de läkemedel som produceras i USA. Syreheterocykler innehåller i synnerhet minst en syreatom. De har en mängd olika användningsområden, inklusive i mediciner för att behandla cancer och hjärtsvikt.

"Vi fokuserade på syreheterocykler, som har väckt stort intresse på grund av relevansen av deras strukturella enheter inom medicinsk kemi och materialvetenskap, sa Yujiro Hoshino, studiens motsvarande författare och en forskare vid Graduate School of Environment and Information Sciences vid Yokohama National University.

Professor Kiyoshi Honda, en annan motsvarande författare till studien från Graduate School of Environment and Information Sciences, tillade att deras "mål var att utveckla kostnadseffektiva och mildare syntetiska vägar för att skapa syreheterocykler."

Traditionellt, syreheterocykler tillverkas genom att applicera höga temperaturer på två molekyler. Processen kräver tid och energi, och producerar inte ett betydande antal heterocykler. Honda och Hoshinos team fokuserade på en metod som involverade design av fotokänsliga kolbaserade salter. De tillsatte salterna till två typer av föreningar, som bildar en ring när de reagerar, och bestrålade kombinationen med grönt ljus.

"Denna reaktion var särskilt attraktiv eftersom den kan hålla ett stort antal atomer och ger effektiv tillgång till olika syntetiskt användbara syreinnehållande heterocykler, "Hoshino sa. "Denna reaktion kan också utföras under milda experimentella förhållanden - rumstemperatur och synligt ljus."

Processen gav ett högt utbyte av syreheterocykler. Enligt Hoshino, den framgångsrika reaktionen berodde på en struktur på salterna som kallas en elektrondonerande grupp. Elektroner exciteras av grönt ljus, och salterna extraherar en elektron från föreningen för att reagera med de andra föreningskomponenterna.

Nästa, forskarna planerar att vända sig till olika färgat ljus för att driva olika reaktioner. De är särskilt intresserade av att etablera en reaktion på rött ljus, vilket är svårare, enligt Hoshino. Rött ljus är en längre våglängd och lägre frekvens än grönt ljus, vilket betyder att det är närmare infrarött ljus än synligt ljus på spektrumdiagrammet. Rödljusreaktioner kan driva en högre produktion av heterocykler, men det kräver mer precision och effektivitet.

"Vårt nästa mål är att utöka omfattningen av reaktioner, "Hoshino sa. "Vi föreställer oss en expansion av användningen av olika synligt ljus-drivna reaktioner i framtiden, och vi planerar att fortsätta bidra till det."