Historiskt sett är ett av de främsta sätten som organiska kemister har utforskat och skapat föreningar genom att konstruera ett kolskelett och göra ändringar i dess struktur. Men istället för att bygga ett kolskelett från grunden för att göra nya föreningar, har UChicago-forskare utvecklat en ny metod där de kan infoga atomer inom en redan existerande kolram.
Innovationen kommer från en artikel som nyligen publicerades i Science , av Rui Zhang, en femteårsstudent vid Guangbin Dong Lab. Zhang, med hjälp av grundutbildningen Tingting Yu, utvecklade en ny "hook and slide"-strategi som lovar att optimera medicinsk kemi.
"Det kan leda till snabb tillgång till olika läkemedelskandidater och därför spara mycket tid i läkemedelsupptäcksprocessen", säger Zhang.
Tillbaka i maj 2021 började Zhang arbeta med ett problem som hade att göra med hur forskare skapar nya molekyler.
Genom att justera strukturen hos molekyler på ett systematiskt sätt kan forskare utforska hur dessa förändringar påverkar egenskaperna hos de ämnen de arbetar med, vilket ger ett användbart verktyg för att skräddarsy molekyler till specifika behov i olika tillämpningar. Detta är särskilt relevant inom områden som läkemedelsutveckling, där ny identifiering av bly potentiellt kan rädda liv.
Specifikt ville Zhang framgångsrikt förverkliga homologeringsprocessen med amider, en svårighet som hade sysselsatt fältet och som ännu inte hade lösts.
Homologering är en av de viktigaste strategierna för molekylär modifiering.
Vid homologering bygger forskare en familj av relaterade molekyler där varje medlem har en längre struktur än den föregående. När de väl har identifierats lägger de sedan till specifika byggstenar, ofta kallade metylengrupper. Så effektiv som denna process är, när utredare i flera år försökte homologera amider, en förening som finns i proteiner och formidabla polymerer som plast, möttes de av motstånd och svårigheter. Jämfört med andra funktionella grupper har amider visat sig vara svåra eftersom de är lakoniskt inerta, vilket gör dem svåra att aktivera och därmed manipulera.
Inspirerad av den tekniska utmaningen var Zhang inte nöjd med att bara övervinna svårigheten, utan hitta nya sätt att göra det bra.
"Det finns inga befintliga metoder för att homologera amider", säger professor Guangbin Dong, också författare till studien. "Vårt mål var att tillhandahålla avstämbar homologering så att vi kan infoga en kolenhet av nästan vilken längd som helst."
Där tidigare metoder misslyckades med att uppnå önskat resultat, kunde Zhang slutföra processen och lite till.
Med vad Dong beskriver som en "hook and slide-strategi" hittade de nyckeln till att inte bara aktivera bindningen, utan att göra homologeringsprocessen avstämbar.
När Zhang väl hade fastställt metoden för aktivering tillbringade han ytterligare två år med att finslipa projektet, gå igenom olika förhållanden och hitta mer effektiva sätt att aktivera och skapa band.
Med publikationen i Science , han känner nu att hans arbete äntligen har gett resultat.
"Vi fick ny kunskap om hur man bryter denna mycket inerta kol-kolbindning och vi hoppas att detta kan inspirera fältet att undersöka mer av denna inerta kemiska bindningsaktivering," sa Zhang. "Vi hoppas att detta talar om för samhället att om du utformar strategin väl och den har en bra katalysator, kan även en inert bindning manipuleras."
Mer information: Rui Zhang et al, Rhodium katalyserad avstämbar amidhomologering genom en hook-and-slide-strategi, Science (2023). DOI:10.1126/science.adk1001
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av University of Chicago
