Den aktiva ingrediensen i många läkemedel är vad som kallas en liten molekyl:större än vatten, mycket mindre än en antikropp och huvudsakligen gjord av kol. Det är dock svårt att göra dessa molekyler om de kräver ett kvartärt kol - en kolatom bunden till fyra andra kolatomer. Men nu har Scripps Research-forskare upptäckt ett potentiellt kostnadseffektivt sätt att producera dessa knepiga motiv.
I de nya rönen, som publicerades i Science den 5 april 2024 visar kemister från Scripps Research att det är möjligt att omvandla råvarukemikalier till kvartära kol med en enda, billig järnkatalysator. Denna metod kan gynna läkemedelsutvecklare genom att göra molekyler billigare och enklare att producera i liten och stor skala.
"Kvarternära kol är allestädes närvarande inom olika forskningsområden - från läkemedelsupptäckt till materialvetenskap", säger medförfattaren Nathan Dao, en Ph.D. kandidat på Scripps Research. "Syntesen av kvartära kol är dock en långvarig utmaning inom organisk kemi, som vanligtvis kräver många steg och förlitar sig på svåra förhållanden eller mindre tillgängliga utgångsmaterial."
Förutom Dao inkluderade studiens första författare Xu-Cheng Gan och Benxiang Zhang.
Katalysatorer är ämnen som används för att påskynda en kemisk reaktion. Ibland behövs flera olika katalysatorer för att främja en viss reaktion och uppnå önskat resultat:en veritabel "reaktionssoppa". Men katalysatorer kan vara mycket dyra, och de reagerar inte alltid som avsett - och ju fler katalysatorer som används, desto mer avfall produceras. Men Scripps Research-forskarna fastställde att en enda katalysator kunde utföra flera avgörande roller.
"En svår kemisk reaktion kräver ofta många interagerande komponenter", enligt co-senior författare, Ryan Shenvi, Ph.D., professor vid Institutionen för kemi vid Scripps Research. "En fördel med det här arbetet är att det är otroligt enkelt."
Teamet identifierade enkla villkor för att omvandla karboxylsyror och olefiner, två huvudklasser av kemiska råvaror - eller råmaterial som driver en maskin eller industriell process - till kvartärt kol genom att använda en billig järnbaserad katalysator. Dessutom är dessa kemiska råvaror inte bara rikliga, utan de är också billiga.
"Liknande reaktioner har fått draghjälp på sistone, så denna upptäckt var oundviklig", förklarar Shenvi. "Delarna fanns redan i litteraturen, men ingen hade satt ihop dem tidigare."
Sammantaget belyser studien, som gjordes i samarbete med labbet av senior medförfattare Phil Baran, Ph.D., Dr. Richard A. Lerner begåvade ordförande vid Institutionen för kemi vid Scripps Research, kemins pågående roll i utvecklingen av modern teknik och läkemedel.
"Detta arbete är ännu en slående demonstration av kraften i samarbetsatmosfären på Scripps Research för att upptäcka nya transformationer som kan ha en dramatisk inverkan på att förenkla praktiken av organisk syntes," tillägger Baran.
Förutom Gan, Zhang, Dao, Baran och Shenvi, författare till studien, "Carbon quaternization of redoxactive ests and olefins by decarboxylative coupling" är Cheng Bi, Maithili Pokle, Liyan Kan och Yu Kawamata från Scripps Research; Michael R. Collins från Pfizer Pharmaceuticals; Chet C. Tyrol från Pfizer Medicine Design; och Philippe N. Bolduc och Michael Nicastri från Biogen Inc.
Mer information: Xu-cheng Gan et al, Kolkvaternisering av redoxaktiva estrar och olefiner genom dekarboxylativ koppling, Science (2024). DOI:10.1126/science.adn5619
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av The Scripps Research Institute
