Molekyler med centralt ringsystem spelar en viktig roll i sökandet efter aktiva ingredienser till nya läkemedel – och det är viktigt att ringarna har rätt storlek om den önskade produkten ska tillverkas så effektivt som möjligt.

För detta ändamål har ett internationellt team av kemister under ledning av prof. Frank Glorius (University of Münster) och prof. Osvaldo Gutierrez (Texas A&M University, USA) utvecklat ett exakt och effektivt verktyg med hjälp av "single atom skeetal editing". Deras nya tillvägagångssätt består i att infoga en enda kolatom i kolskelettet av cykliska föreningar, vilket gör det möjligt att justera ringstorleken från fem- till sexledade ringar. Metoden är publicerad i tidskriften Nature Catalysis .

Resultaten av studien, säger forskarna, öppnar vägen för design och modifiering av komplexa molekylära strukturer. Inte bara forskning utan även industriella tillämpningar inom farmaceutiska synteser och inom materialvetenskap skulle alla kunna dra nytta av resultaten.

Skelettredigering är en metod som används av kemister för att ersätta atomer i ett ringsystem. "I tidigare tillvägagångssätt", säger Dr Fu-Peng Wu från universitetet i Münster, "var fokus på införandet av kväveatomer. Däremot är det en enorm utmaning att infoga en enda kolatom i en helt kol-ring. Kolreagens måste vara kompatibelt med olika funktionella grupper som bestämmer molekylens kemiska egenskaper. Dessutom bör föreningen vara stabil, lätt att hantera och mottaglig för okomplicerad aktivering. Under de senaste decennierna har endast ett litet antal sådana reagens utvecklats.

Gruppen ledd av Glorius använde så kallad fotoredoxkatalys och använde ljusenergi för att driva reaktionen. Med hjälp av speciella reaktiva kolfragment (radikala karbyner) infogade forskarna enstaka kolatomer med olika funktionella grupper i inden. Inden är ett utgångsmaterial som ofta används vid framställning av organiska föreningar, liksom produkten naftalen.

Gutierrez och hans grupp utförde mekanistiska beräkningar för att upptäcka den underliggande reaktionsmekanismen i radikalkedjan. Som postdoc Dr. Remy Lalisse säger:"Våra beräkningar verkar tyda på att reaktionen sker via en initial addition av en diazometylradikal till inden."

Mer information: Fu-Peng Wu et al, Ringexpansion av inden genom fotoredox-aktiverad funktionaliserad kolatominsättning, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01089-x

Journalinformation: Naturkatalys

Tillhandahålls av University of Münster