I en nyligen publicerad studie publicerad i Science , fyra RIKEN organiska kemister har kommit på ett sätt att selektivt syntetisera isomerer av en viktig grupp av aromatiska föreningar. Detta lovar att göra det möjligt att tillverka kemikalier för läkemedel, gödningsmedel och polymerer utan att behöva utföra kostsamma separationsprocedurer.

När man gör kemiska föreningar kan det få svåra konsekvenser att placera en kemisk grupp på fel position i en bensenring. "Människor kan dö om positionen är fel", hävdar Laurean Ilies från RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS). "Till exempel är en form av vanillin den kemikalie som ger vanilj sin smak, medan en annan är ganska giftig."

Bensenringen är hexagonal med en kolatom vid var och en av sina sex hörn. Eftersom alla kolatomer är identiska gör det ingen skillnad vilken som accepterar den första kemiska gruppen som ska läggas till ringen.

Komplexitet uppstår när du lägger till en andra grupp eftersom den kan fästa till vilken som helst av fem kolatomer:de två som gränsar till den första gruppen (för att ge orto-isomeren), den diametralt mittemot den (para-isomeren), eller de två kolen däremellan dessa två (meta-isomeren; Fig. 1). De resulterande isomererna har identiska kemiska formler, men genomgår ofta mycket olika biokemiska reaktioner.

Det är relativt lätt att blockera de två platserna som gränsar till den första gruppen, men organiska kemister har kämpat för att ta fram allmänna strategier för att selektivt syntetisera meta-isomeren.

Nu har Ilies, Sobi Asako och två medarbetare, alla från CSRS, producerat en iridiumkatalysator som bär en ligand som blockerar både de intilliggande och motsatta ställena så att endast meta-isomeren produceras i betydande mängder. Denna metod kan användas för att lägga till grupper till bensenringar och producera föreningar som används för gödningsmedel, polymerer och finkemikalier samt läkemedel.

Teamet visade potentialen hos deras katalysator genom att använda den för att funktionalisera olika farmaceutiska molekyler med mycket höga selektiviteter. "Vi blev förvånade över hur bra det fungerade", säger Ilies. "Det är mycket glädjande eftersom det tog oss cirka tre års forskning att utveckla detta tillvägagångssätt."

Metoden är mycket generell och kan användas på en mängd olika underlag. "Vi fick reda på att ganska många olika substrat kan funktionaliseras med den här metoden", säger Ilies. "Det här var kanske den bästa nyheten."

Den takliknande liganden är inspirerad av naturen eftersom den efterliknar verkan av enzymer som har fickor för att styra syntesen av biomolekyler av rätt isomer.

Teamet avser nu att utöka denna strategi till ett större utbud av molekyler och olika selektiviteter. + Utforska vidare

'Fjäderbelastat' system stoppar fosfor i molekylära ringar