Northwestern University kemister har använt synligt ljus och extremt små nanopartiklar för att snabbt och enkelt göra molekyler som är av samma klass som många ledande föreningar för läkemedelsutveckling.

Drivs av ljus, nanopartikelkatalysatorerna utför kemiska reaktioner med mycket specifika kemiska produkter – molekyler som inte bara har rätt kemiska formler utan också har specifika arrangemang av sina atomer i rymden. Och katalysatorn kan återanvändas för ytterligare kemiska reaktioner.

Halvledarnanopartiklarna är kända som kvantprickar - så små att de bara är några få nanometer i diameter. Men den lilla storleken är makt, att ge materialet attraktiva optiska och elektroniska egenskaper som inte är möjliga vid större längder.

"Kvantprickar beter sig mer som organiska molekyler än metallnanopartiklar, " sa Emily A. Weiss, som ledde forskningen. "Elektronerna kläms in i ett så litet utrymme att deras reaktivitet följer kvantmekanikens regler. Vi kan dra fördel av detta, tillsammans med mallkraften hos nanopartikelytan."

Detta jobb, publicerad nyligen av tidskriften Naturkemi , är den första användningen av en nanopartikels yta som mall för en ljusdriven reaktion som kallas en cykloaddition, en enkel mekanism för att göra mycket komplicerat, potentiellt bioaktiva föreningar.

"Vi använder våra nanopartikelkatalysatorer för att komma åt denna önskvärda klass av molekyler, kallade tetrasubstituerade cyklobutaner, genom enkla, enstegsreaktioner som inte bara producerar molekylerna i högt utbyte, men med arrangemanget av atomer som är mest relevanta för läkemedelsutveckling, " Sa Weiss. "Dessa molekyler är svåra att göra på något annat sätt."

Weiss är Mark och Nancy Ratner professor i kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences. Hon specialiserar sig på att styra ljusdrivna elektroniska processer i kvantpunkter och använda dem för att utföra ljusdriven kemi med en aldrig tidigare skådad selektivitet.

Nanopartikelkatalysatorerna använder energi från synligt ljus för att aktivera molekyler på deras ytor och smälta samman dem för att bilda större molekyler i konfigurationer som är användbara för biologiska tillämpningar. Den större molekylen lossnar sedan lätt från nanopartikeln, frigör nanopartikeln för att användas igen i en annan reaktionscykel.

I deras studie, Weiss och hennes team använde tre nanometer nanopartiklar gjorda av halvledaren kadmiumselenid och en mängd olika startmolekyler som kallas alkener i lösning. Alkener har kärna kol-kol dubbelbindningar som behövs för att bilda cyklobutaner.

Studien har titeln "Regio- och diastereoselektiva intermolekylära [2+2] cykloadditioner fotokatalyserade av kvantprickar."