När det kommer till kemiska reaktioner har fluor ett rykte som en "magisk kula atom" för sin förmåga att öka ett läkemedels absorption och förlänga dess livslängd. Men traditionella metoder för att tillsätta det till föreningar medför dyra material och kan vara svåra att få bort.
Forskare från Rice University utvecklade en pålitlig och kostnadseffektiv process för att tillsätta fluor till molekyler för ökad läkemedelseffektivitet med hjälp av en järn- och svavelreaktion. Enligt en studie publicerad i Nature Chemistry , kan den ljusaktiverade reaktionen användas både för att frigöra fluor från karboxylsyror och för att införliva det i alkener ⎯ vanliga byggstenar för läkemedel och andra kemiska produkter. Den kemiska vägen som utvecklats av risforskare ger en ny formel för enklare, billigare och mer effektiv fluorering.
"Hemligheten för många viktiga droger, från Prozac till Lipitor, är en atom som kallas fluor", säger Julian West, Norman Hackerman-Welch Young Investigator och biträdande professor i kemi. "När den är kopplad till läkemedelsmolekyler kan den här lilla atomen få behandlingarna att verka snabbare under längre tid och med färre biverkningar. Men det är svårt att fästa fluor när man gör läkemedel. Befintliga processer kräver ofta kemikalier som är mycket dyra, farligt reaktiva och som bara donerar fungerar inte särskilt bra."
West forskargruppen undrade om den kunde hitta ett sätt att tillsätta fluor till molekyler genom en billig, effektiv och säker process.
"Det här var en stor idé när vi startade vår forskargrupp 2019, men vi kände oss ganska säkra på att vi skulle kunna göra det efter att vi upptäckt att järn och svavel kan samverka för att skapa en sorts reaktion som kallas dekarboxylering ", sa West.
Till skillnad från de ädelmetallutgångsmaterial som används för att syntetisera molekyler för en mängd olika industrier, är vanligare element som järn och svavel lättillgängliga, billiga och rikliga runt om i världen. Tidigare i år fann den västerländska forskargruppen att när det lyser ljus på järn och svavel interagerar de som bråkiga barbesökare som bryter ut i en närkamp med tillräckligt med energi för att bryta isär karboxylsyramolekyler, vilket frigör fluoratomer för användning på annat håll.
"Karboxylsyror finns överallt, de är billiga, tillgängliga och tåliga," sa West. "Problemet är att själva stabiliteten gör dem svåra att bryta ner i användbara delar. Om järn och svavel kunde dekarboxylera dessa vanliga material, vilket gör deras fluoratomer tillgängliga, då skulle vi vara iväg till tävlingarna."
När forskarna väl bestämt hur de skulle frigöra fluoret från dessa stabila föreningar, var de tvungna att ta reda på hur de skulle fästa det igen på ett effektivt och säkert sätt. Risdoktoralun Yen-Chu Lu och kemistudenten Kang-Jie (Harry) Bian kom på att fluorerade karboxylsyror kunde reagera med alkener, en annan vanlig del av läkemedelsmolekyler.
"Alkener används oftast för att sätta ihop drogerna eftersom de kan omvandlas till många olika saker, som en grund som mer komplexa delar kan byggas på," sa West. "Yen-Chu och Harry bestämde att samma kombination av järn och svavel som knäckte karboxylsyran kunde underlätta vidhäftningen av det nyligen avslöjade fluorfragmentet till alkener."
Den nya strategin är inte bara snabb, enkel och säker, utan den verkar också tillämpbar för en mängd olika användningsområden.
"Om du vill lägga till en annan fluorbit, lägg bara i en annan karboxylsyra," sa West.
Lu och Bian arbetade med Rice-studenten Shih-Chieh Kao och studenterna Xiaowei Chen och David Nemoto Jr. för att stresstesta strategin.
"De har verkligen drivit detta tillvägagångssätt till sina gränser och har ännu inte upptäckt dess gränser," sa West. "Telaget gjorde ett fantastiskt jobb, och jag är superlycklig som har så kreativa medarbetare i vår grupp."
Mer information: Bian, KJ. et al, Fotokatalytisk hydrofluoralkylering av alkener med karboxylsyror, Naturkemi (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01365-0. www.nature.com/articles/s41557-023-01365-0
Journalinformation: Naturkemi
Tillhandahålls av Rice University
