Kredit:CC0 Public Domain
Kemister vid Scripps Research har avslöjat en metod för att förvandla billiga och allmänt tillgängliga kemikalier som kallas dikarboxylsyror till potentiellt mycket värdefulla molekyler som kallas laktoner.
Laktonstrukturer är vanliga i biologiskt aktiva naturliga molekyler; de finns till exempel i C-vitamin och i det bakteriehärledda antibiotikumet erytromycin. Kemister har länge haft tekniker för att syntetisera laktoner, men dessa tekniker är ganska begränsade i vad de kan producera. Prestationen rapporterades 26 maj 2022 i Science , gör konstruktionen av olika, komplexa laktoner enklare än någonsin.
"Denna metod borde vara mycket användbar för att utveckla nya läkemedel, polymermaterial, parfymer och många andra kemiska produkter - vi får redan frågor från intresserade tillverkare", säger Jin-Quan Yu, Ph.D., Frank och Bertha Hupp Professor i kemi vid Scripps Research.
Yu och hans laboratorium är kända för sina innovationer inom molekylbyggnad, särskilt med avseende på "CH-aktivering." Detta involverar användningen av specialdesignade katalysatormolekyler för att avlägsna en väteatom (H) från en kolatom (C) på en organisk molekyl och för att ersätta väteatomen med ett mer komplext kluster av atomer.
Det allmänna målet är att utveckla en uppsättning metoder för att göra CH-aktivering selektivt till valfri vald kolatom på en startmolekyl – och drömmen är att använda dessa metoder för att förvandla billiga och relativt enkla molekyler till komplexa och värdefulla läkemedel, plaster och andra molekyler .
I det här fallet syftade Yu och hans team på att utföra särskilt svåra, platsselektiva CH-aktiveringar för att omvandla billiga och lättillgängliga dikarboxylsyror till mycket värdefulla laktoner. Dikarboxylsyror, trots sitt komplicerade namn, är relativt enkla molekyler och är idealiska utgångsmaterial för många typer av kemisk syntes. Men kemister som försöker C-H-aktivering av dikarboxylsyror har traditionellt mött branta hinder.
"CH-aktiveringar på platser på en dikarboxylsyra som är långt borta från en av dess karboxylgrupper har varit mycket svåra hittills," säger Yu. "Att kunna rikta in sig på avlägsna kol och/eller närmare kol, selektivt genom katalysatorkontroll, har verkat vara en omöjlig dröm."
Den bedrift som Yu och hans team uppnådde, inklusive försteförfattaren Sam Chan, Ph.D., en Croucher Foundations postdoktor i Yu-labbet, var en uppsättning metoder som använder palladiumbaserade katalysatorer för att fritt uppnå CH-aktiveringar på lätt och svårt -att nå kol på en dikarboxylsyra.
"Under de senaste två decennierna har vi lyckats utveckla bra metoder för CH-aktivering två kol ifrån en karboxyl, men nu med våra nya metoder kan vi också nå ytterligare ett kol bort, och med friheten att välja mellan de två platserna, vi kan lätt komma åt nytt kemiskt utrymme i läkemedelsupptäckten", säger Yu. "Dessutom kan den återstående karboxylgruppen på dikarboxylsyran användas för att göra ytterligare modifieringar, så i huvudsak med detta tillvägagångssätt kan man bygga ett mycket brett utbud av komplexa laktonföreningar."
Yu och hans team demonstrerade lättheten och användbarheten av deras nya metoder genom att syntetisera – från billiga dikarboxylsyror – två komplexa naturliga laktoner, en svampmolekyl som heter myrotheciumone A, som har undersökts för anticanceregenskaper, och växtlaktonen pedicellosin.
Kemisterna använder nu de nya metoderna för att generera hundratals olika laktonstrukturer, vars egenskaper – och potential att utvecklas till framtida läkemedel – de utforskar i samarbete med laboratoriet av Ben Cravatt, Ph.D., Gilula Chair of Chemical Biologi vid Scripps Research.
"Vi använder också våra metoder för att utveckla förbättrade processer för tonskalig produktion av laktoner som används av tillverkare av kemiska produkter", säger Yu. + Utforska vidare
