Ett team av kemister från universitetet i Wien, ledd av Nuno Maulide, har uppnått ett betydande genombrott inom området kemisk syntes, och utvecklat en ny metod för att manipulera kol-vätebindningar. Denna upptäckt ger nya insikter om molekylära interaktioner mellan positivt laddade kolatomer.
Genom att selektivt rikta in sig på en specifik C–H-bindning öppnar de dörrar till syntetiska vägar som tidigare var stängda – med potentiella tillämpningar inom medicin. Studien publiceras i Science .
Levande organismer, inklusive människor, har sin komplexitet främst att tacka för molekyler som huvudsakligen består av kol, väte, kväve och syre. Dessa byggstenar utgör grunden för otaliga ämnen som är nödvändiga för det dagliga livet, inklusive mediciner. När kemister börjar syntetisera ett nytt läkemedel, manipulerar de molekyler genom en rad kemiska reaktioner för att skapa föreningar med unika egenskaper och strukturer.
Denna process innebär att bryta och bilda bindningar mellan atomer. Vissa bindningar, som de mellan kol och väte (CH-bindningar), är särskilt starka och kräver mycket energi för att bryta, medan andra lättare kan modifieras. Medan en organisk förening vanligtvis innehåller dussintals C-H-bindningar, var kemister traditionellt tvungna att ta till att manipulera andra, svagare bindningar. Sådana bindningar är mycket mindre vanliga och behöver ofta införas i ytterligare syntetiska steg, vilket gör sådana tillvägagångssätt kostsamma – och därför är mer effektiva och hållbara syntetiska metoder eftertraktade.
C–H-aktivering som ett nytt tillvägagångssätt
Konceptet med CH-aktivering är ett revolutionerande tillvägagångssätt som möjliggör direkt manipulation av starka CH-bindningar. Detta genombrott ökar inte bara effektiviteten hos syntetiska processer utan kan också ofta minska deras miljöpåverkan och tillhandahålla mer hållbara vägar för läkemedelsupptäckt.
En viktig utmaning är den exakta manipuleringen av en specifik CH-bindning inom en molekyl som innehåller många olika CH-bindningar. Detta hinder, känt som "selektivitetsproblemet", hindrar ofta en bredare tillämpning av etablerade CH-aktiveringsreaktioner.
Forskare vid universitetet i Wien under ledning av Maulide har nu utvecklat en ny C–H-aktiveringsreaktion som tar itu med selektivitetsproblemet och möjliggör syntes av komplexa kolbaserade molekyler. Genom att selektivt rikta in en specifik C–H-bindning med anmärkningsvärd precision, öppnar de dörrar till syntetiska vägar som tidigare var stängda.
Maulide-gruppen fokuserar på så kallade "karbokationer" (dvs molekyler som innehåller en positivt laddad kolatom) som nyckelmellanprodukter. "Traditionellt reagerar karbokater genom att eliminera en väteatom intill kolatomen och bildar en kol-kol dubbelbindning i produkten", förklarar Maulide.
"Produkter med dubbelbindningar - kallade alkener - kan vara extremt användbara. Ibland önskas dock en enkelbindning istället för en dubbelbindning."
"Vi har upptäckt att i vissa fall kan reaktivitet ta en ny riktning. Detta leder till ett fenomen som kallas "fjärreliminering", vilket resulterar i bildandet av en ny kol-kol enkelbindning - ett fenomen som inte har undersökts tidigare." förklarar Phillip Grant och Milos Vavrík, första författare till studien.
Forskarna visade denna nya reaktivitet genom att syntetisera dekaliner, en byggsten för många läkemedel.
"Dekaliner är en klass av cykliska kolbaserade molekyler som finns i många biologiskt aktiva föreningar. Vi kan nu producera dessa molekyler på ett mycket mer effektivt sätt, vilket potentiellt kan bidra till utvecklingen av nya och mer effektiva läkemedel", avslutar Maulide.
Mer information: Phillip S. Grant et al, Remote proton elimination:C–H-aktivering möjliggörs av distal försurning, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi8997. www.science.org/doi/10.1126/science.adi8997
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av universitetet i Wien
