Der Prozess zum Anpassen von Molekülen erfüllt eine doppelte Aufgabe

Ein von Ihrer Leber inspirierter und durch Licht aktivierter chemischer Prozess, der in Labors der Rice University und in China entwickelt wurde, ist vielversprechend für das Arzneimitteldesign und die Entwicklung einzigartiger Materialien.

Forscher unter der Leitung des Reischemikers Julian West und Xi-Sheng Wang von der University of Science and Technology of China, Hefei, berichten über ihren erfolgreichen katalytischen Prozess, bei dem gleichzeitig zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen zu einzelnen Alkenen hinzugefügt werden, organischen Molekülen aus Petrochemikalien, die mindestens enthalten eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung kombiniert mit Wasserstoffatomen.

Besser noch, sagen sie, ist, dass diese Alkene „nicht aktiviert„– das heißt, ihnen fehlen reaktive Atome in der Nähe der Doppelbindung – und bisher hat es sich als schwierig erwiesen, sie zu verbessern.

Der chemische Weg im Detail Zeitschrift der American Chemical Society könnte die Erstellung einer Bibliothek von Vorläufern für die pharmazeutische Industrie vereinfachen und die Herstellung von Polymeren verbessern.

West, dessen Labor Prozesse der Synthesechemie entwickelt, sagte, die anfängliche Inspiration sei von einem Enzym, Cytochrom P450, gekommen, das die Leber verwendet, um potenziell schädliche Moleküle zu eliminieren.

„Diese Enzyme sind eine Art Kreissäge, die Moleküle zermahlen, bevor sie Sie in Schwierigkeiten bringen können“, sagte er. „Sie tun dies durch einen interessanten Mechanismus namens Radical Rebound.“

West sagte, dass P450 Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen findet und den Wasserstoff entfernt, wodurch ein kohlenstoffzentriertes Radikal zurückbleibt, das ein ungepaartes Elektron enthält.

„Dieses Elektron möchte wirklich einen Partner finden, also gibt das P450 sofort ein Sauerstoffatom zurück (der ‚Rückprall‘) und oxidiert das Molekül“, sagte er. „Im Körper hilft das, diese Moleküle zu deaktivieren, damit man sie loswerden kann.

„Diese Art von Rebound ist stark“, sagte West. „Und Harry (Hauptautor Kang-Jie Bian, ein Rice-Doktorand) fragte sich, ob wir so etwas tun könnten, um verschiedene Fragmente auf dieses Radikal zu übertragen.“

Ihre Lösung bestand darin, einen sogenannten radikalischen Ligandentransfer zu ermöglichen, eine allgemeine Methode, die Mangan verwendet, um den „Radikal-Rebound“ zu katalysieren.

West sagte, während P450 das nahe gelegene Element Eisen verwendet, um die biologische Reaktion zu katalysieren, zeigten frühere Experimente im Rice-Labor und anderswo, dass Mangan Potenzial hatte.

„Mangan hat dazu beigetragen, dass der Prozess selektiver und etwas aktiver sowie viel billiger und einfacher war“, erklärte er. „Es kann eine Reihe verschiedener Atome – wie Chlor, Stickstoff und Schwefel – übertragen, indem man einfach ändert, welche kommerzielle Zutat man der Reaktion hinzufügt.“

Diese Reaktion war für eine Funktionalisierung verantwortlich. Warum nicht zu zweit gehen?

West sagte, Bian sei auch auf die Idee gekommen, der Mischung einen Photokatalysator hinzuzufügen. „Wenn Sie es beleuchten, wird es angeregt und Sie können Dinge tun, die im Grundzustand unmöglich wären, wie z. “ er sagte. „Jetzt können wir diese an unser interessierendes Molekül anhängen.“

Das Endergebnis ist ein mildes und modulares Verfahren zur Addition zweier funktioneller Gruppen an ein einzelnes Alken in einem Schritt.

„Zunächst haben wir die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung eines interessierenden Moleküls, des Alkens“, fasst West zusammen. „Dann fügen wir diesen wertvollen Fluorkohlenstoff hinzu, und dann schwimmt der Mangankatalysator auf und führt diesen radikalen Ligandentransfer durch, um ein Chlor-, Stickstoff- oder Schwefelatom hinzuzufügen.“

Er merkte an, dass die Zusammenarbeit zwischen Rice und Wangs Labor ein natürliches Ergebnis von Bians Umzug von Hefei zu Rice war, wo er seinen Master-Abschluss erwarb. „Wir haben uns wirklich auf den Mangan-Aspekt dieser Arbeit konzentriert, und Wangs Gruppe brachte nicht nur Fachwissen in der Photokatalyse mit, sondern entwickelte und testete auch Kohlenstoff-Fluor-Fragmente und zeigte, dass sie in diesem System wirklich gut funktionieren würden“, sagte West.

Er sagte, dass neben der Pharmazie und den Materialwissenschaften auch die chemische Biologie von dem Verfahren profitieren könnte, insbesondere wegen seiner Affinität zu pKlickeine vom Reischemiker Han Xiao entdeckte Methode, um Medikamente oder andere Substanzen an Antikörper zu binden.

Co-Autoren sind der Rice-Student David Nemoto Jr. und der Doktorand Shih-Chieh Kao sowie Yan He und Yan Li aus Hefei. Wang ist Professor in Hefei. West ist Norman Hackerman-Welch Young Investigator und Assistenzprofessor für Chemie.