För första gången har kemister vid University of Minnesota Twin Cities College of Science and Engineering skapat en mycket reaktiv kemisk förening som har gäckat forskare i mer än 120 år. Upptäckten kan leda till nya läkemedelsbehandlingar, säkrare jordbruksprodukter och bättre elektronik. Studien publiceras i Science .
I decennier har forskare undersökt molekyler som kallas N-heteroarener, som är ringformade kemiska föreningar som innehåller en eller flera kväveatomer. Bioaktiva molekyler med en kärna av N-heteroaren används i stor utsträckning för många medicinska tillämpningar, livräddande läkemedel, bekämpningsmedel och herbicider och till och med elektronik.
"Medan den genomsnittliga människan inte tänker på heterocykler på en daglig basis, är dessa unika kvävehaltiga molekyler allmänt tillämpade över alla aspekter av mänskligt liv", säger Courtney Roberts, senior författare till studien och en University of Minnesota Department of Chemistry biträdande professor som innehar 3M Alumni Professorship.
Dessa molekyler är mycket eftertraktade av många industrier, men är extremt utmanande för kemister att tillverka. Tidigare strategier har kunnat rikta in sig på dessa specifika molekyler, men forskare har inte kunnat skapa en serie av dessa molekyler.
En anledning till detta är att dessa molekyler är extremt reaktiva. De är så aktiva att kemister har använt beräkningsmodeller för att förutsäga att de borde vara omöjliga att göra. Detta har skapat utmaningar i mer än ett sekel och förhindrat en lösning för att skapa denna kemiska substans.
"Vad vi kunde göra var att köra dessa kemiska reaktioner med specialiserad utrustning samtidigt som vi gjorde oss av med element som vanligtvis finns i vår atmosfär", säger Jenna Humke, doktorand i kemi vid University of Minnesota och huvudförfattare på tidningen. "Lyckligtvis har vi verktygen för att göra det vid University of Minnesota. Vi körde experiment under kväve i ett handskfack med sluten kammare, vilket skapar en kemiskt inaktiv miljö för att testa och flytta prover."
Dessa experiment utfördes genom att använda organometallisk katalys - interaktionen mellan metaller och organiska molekyler. Forskningen krävde samarbete mellan både organiska och oorganiska kemister. Detta är något som är vanligt vid University of Minnesota.
"Vi kunde lösa den här långvariga utmaningen eftersom University of Minnesota Department of Chemistry är unik genom att vi inte har formella divisioner," tillade Roberts. "Detta gör att vi kan sätta ihop ett team av experter inom alla områden av kemi, vilket var en viktig komponent för att slutföra detta projekt."
Efter att ha introducerat den kemiska föreningen i detta dokument, kommer nästa steg att vara att göra den allmänt tillgänglig för kemister inom flera områden för att effektivisera skapelseprocessen. Detta kan hjälpa till att lösa viktiga problem som att förebygga matbrist och att behandla sjukdomar för att rädda liv.
Mer information: Jenna N. Humke et al, Nickelbindning möjliggör isolering och reaktivitet av tidigare otillgängliga 7-aza-2,3-indolyner, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi1606
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av University of Minnesota College of Science and Engineering
