Efter att ha hjälpt till att utveckla ett nytt tillvägagångssätt för organisk syntes - kol-väte funktionalisering - visar forskare vid Emory University nu hur detta tillvägagångssätt kan tillämpas på läkemedelsupptäckt. Naturkatalys publicerade sitt senaste arbete – en strömlinjeformad process för att göra en tredimensionell ställning av stort intresse för läkemedelsindustrin.

"Våra verktyg öppnar upp ett helt nytt kemiskt utrymme för potentiella drogmål, " säger Huw Davies, Emory professor i organisk kemi och senior författare av tidningen.

Davies är grundare av National Science Foundations Center for Selective C-H Functionalization, ett konsortium baserat på Emory och omfattar 15 stora forskningsuniversitet från hela landet samt industriella partners.

Traditionellt, organisk kemi har fokuserat på uppdelningen mellan reaktiva molekylära bindningar och de inerta bindningarna mellan kol-kol (C-C) och kol-väte (C-H). De inerta bindningarna ger en stark, stabil ställning för att utföra kemisk syntes med de reaktiva grupperna. C-H funktionalisering vänder denna modell på huvudet, vilket gör att CH-bindningar blir de reaktiva platserna.

Målet är att effektivt omvandla enkel, rikliga molekyler till mycket mer komplexa, mervärdesmolekyler. Funktionaliserande CH-bindningar öppnar nya kemiska vägar för syntes av fina kemikalier – vägar som är mer direkta, mindre kostsamt och genererar mindre kemiskt avfall.

Davies-labbet har publicerat en serie stora artiklar om dirhodiumkatalysatorer som selektivt funktionaliserar CH-bindningar på ett strömlinjeformat sätt.

Den aktuella artikeln visar kraften hos en dirhodiumkatalysator för att effektivt syntetisera en bioisoster av en bensenring. En bensenring är en tvådimensionell (2-D) molekyl och ett vanligt motiv hos läkemedelskandidater. Bioisosteren har liknande biologiska egenskaper som en bensenring. Det är en annan kemisk enhet, dock, med en 3D-struktur, vilket öppnar upp nytt kemiskt territorium för upptäckt av läkemedel.

Tidigare försök att utnyttja denna bioisoster för biomedicinsk forskning har hindrats av strukturens känsliga natur och de begränsade sätten att tillverka dem. "Traditionell kemi är för hård och får systemet att splittras, " Davies förklarar. "Vår metod tillåter oss att enkelt uppnå en reaktion på en CH-bindning av denna bioisoster på ett sätt som inte förstör ställningen. Vi kan göra kemi som ingen annan kan göra och generera nytt, och mer utarbetade, derivat som innehåller denna lovande bioisoster."

Uppsatsen fungerar som principbevis på att bioisosterer kan fungera som grundläggande byggstenar för att generera ett utökat utbud av kemiska enheter. "Det är som att få en ny legoform i ditt kit, " säger Davies. "Ju fler legoformer du har, desto fler nya och annorlunda strukturer kan du bygga."