Låt oss kalla det Texas tvåsteg, men för molekyler.

Rice University-forskare har utvecklat en metod för att minska alkener, molekyler som används för att förenkla syntesen, till mer användbara mellanprodukter för läkemedel och andra föreningar via en dubbelkatalysatorteknik känd som kooperativ väteatomöverföring, eller CHAT.

Processen möjliggör hydrering av alkener, kolväten som innehåller en kol-kol dubbelbindning, på ett enklare och mer miljövänligt sätt.

Rice kemisten Julian West och postdoktorn Padmanabha Kattamuris arbete beskrivs i detalj i Journal of the American Chemical Society .

I varje steg, en katalysator bidrar med en enda elektron och en proton. CHAT-tvisten är att båda reaktionerna sker i en synergistisk process, den andra katalysatorn tar över så snart den första är klar.

"Den grundläggande reaktionen av hydrering är super användbar för att göra molekyler, sa West, som gick med Rice förra året med finansiering från Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT). "Det finns några element som är riktigt bra på det här, och kan göra många olika transformationer, men de är väldigt dyra och inte de mest hållbara."

Eftersom cHAT använder järn och svavel som finns i jorden som katalysatorer, det kostar mycket mindre än industristandardmetoder som bygger på dyra ädelmetaller som platina, palladium, guld och silver, samt vätgas och oxiderande reagens som skapar giftigt avfall.

Målet är att göra väteatomer mer tillgängliga för att reagera med andra valfria molekyler för att bilda nya föreningar. CHAT-processen använder inga tillsatta oxidanter, fungerar med en mängd olika substrat och är mycket skalbar. Tillvägagångssättet med dubbla katalysatorer tjänar också till att producera hydreringsdiastereomerer, eller en annan form av samma produktmolekyl som inte kan tillverkas med ädelmetaller.

West använde en baseballanalogi för att beskriva CHAT. "Om du kommer ihåg 'Moneyball, ' du vet att istället för att försöka anställa en superstjärna som kan allt men är riktigt dyr, det är bättre att få lite spelare och låta dem arbeta tillsammans för att uppnå en liknande förvandling, " han sa.

"Vidare, genom lagarbete, vi introducerade en strategi för att få oss till nya varianter av våra produkter också, " sa West. "Genom att kombinera smutsbilligt järn med en organisk svavelförening, vi kunde snickra ihop en trevlig win-win. Järnkatalysatorn förstärker processen genom att ge den en väteatom, och kommer ur vägen. Då kan svavlet komma in och ge det andra."

Han noterade brandfarlig vätgas är ett vanligt reagens vid industriell hydrering. "Vår process använder denna enkla, bänkstabilt reagens, fenylsilan, som en vätekälla, ", sade West. "Vi adderar det bara till etanol med både katalysatorer och alken. Och etanol är ett grönt lösningsmedel också.

"Och när du gör droger på tonskalan vill du undvika att generera massor av giftigt lösningsmedelsavfall, " sa han. "Det är något att undvika till varje pris. Så det här kan vara en stor vinst för läkemedelsföretagen."

Han sa att hans labb arbetar med att konfigurera sina katalysatorer för att producera en mängd olika produkter. "Det skulle ge oss mycket kemisk komplexitet och mångfald från ett enda utgångsmaterial, " sa West. "Vi vill veta om vi kan utöva denna höga nivå av kontroll över processen."