Funktionen av molekyler som används i läkemedel beror delvis på deras struktur, inklusive de många kemiska bindningarna mellan deras atomer. Dessa molekyler kan byggas genom flera olika kemiska reaktioner, varav de flesta är långsamma och ineffektiva eftersom de förlitar sig på bildandet av en kemisk bindning åt gången. Ramesh Giri, Weinreb Early Career Professor i kemi vid Penn State, har utvecklat en reaktion som skapar två kolbindningar åt gången över atomer i en konfiguration som kallas alken med hjälp av små mängder nickel, en hållbar och riklig katalysator.

Ett papper som beskriver reaktionen publicerades nyligen i Journal of the American Chemical Society . Vi pratade med Giri om denna forskning:

F:Vad består strukturen av läkemedelsmolekyl?

Giri:De flesta läkemedelsmolekyler innehåller många kolatomer i sina strukturer. En majoritet av dessa kol är förbundna med kol-kolbindningar för att bilda en grundläggande ram för läkemedelsmolekylen, precis som de många benen i människokroppen är anslutna till ett skelett. Kolskelettet i en läkemedelsmolekyl fungerar som en plattform för att hålla kemiska komponenter som kallas funktionella grupper som ger läkemedlet funktionella egenskaper.

F:Vad var din motivation för denna studie?

Giri:Kolskeletten i läkemedelsmolekyler skapas genom att man monterar olika kolkällor med hjälp av reaktioner som bildar nya bindningar mellan atomer, vanligtvis en obligation i taget. I många fall, processen att syntetisera läkemedel blir därför långvarig och tråkig med inblandning av flera kemiska steg med flera reaktionsmellanprodukter, hantering av ett stort antal kemikalier, och generering av volymer av kemiskt avfall. Vi utvecklar nya, miljövänliga kemiska omvandlingar som är snabbare, generera flera obligationer i ett steg och drastiskt minska antalet övergripande steg.

F:Vilka var de viktigaste resultaten av denna studie?

Giri:Vi har utvecklat en reaktion som kallas alkendialkylering som skapar två kol-kolbindningar över en alken med hjälp av nickel, en hållbar och jordfylld metall, som en katalysator för att påskynda reaktionen. Reaktionen är otroligt effektiv eftersom den genomförs med en mycket mindre mängd katalysator än vanligt. Vi använder 500-2000 delar per miljon (ppm) nickel jämfört med 50, 000 till 100, 000 ppm katalysator i liknande reaktioner. Vår metod gör att vi snabbt kan syntetisera komplexa molekyler från lättillgängliga baskemikalier.

F:Varför är detta viktigt?

Giri:Det finns tre viktiga aspekter av denna nya reaktion-a) reaktionen använder en hållbar och jordartig metall som katalysator, b) reaktionen använder katalysatorn vid extremt låga koncentrationer, gör denna process till den mest effektiva alken -difunktionaliseringsreaktionen hittills, och c) det nya katalytiska tillståndet löser en av de mest pressande utmaningarna vid alken -difunktionalisering genom att lägga till två funktionella platser samtidigt. Användningen av hållbar och jordartig metall som katalysator kommer att ha en bred inverkan på syntes och tillverkning av läkemedel där kostnaden, tillgänglighet, och mängden katalysator lämnar ett stort fotavtryck på läkemedelspriserna.

F:Vilka frågor behöver fortfarande lösas?

Giri:Medan den aktuella reaktionen gör stora framsteg inom detta forskningsområde, omfattningen är fortfarande begränsad till två klasser av molekyler som kallas alkenylarener och bensylhalogenider. Även om dessa molekyler är bland de största klasserna av enkla och lättillgängliga grundkemikalier, framtida arbete bör fokuseras på att utvidga omfattningen till den allmänna klassen alkener, särskilt klasser som kallas linjära oaktiverade alkener och alkylhalogenider.