Årtiers lang forskning kulminerer i en ny måde at skabe venstre- og højrehåndede molekyler på

Et internationalt forskerteam, ledet af Mark E. Davis hos Caltech, er det lykkedes at lave de første kirale molekylsigter. Denne opdagelse åbner nye undersøgelsesområder inden for både kemi og biologi, og har brede konsekvenser for farmaceutiske virksomheder og andre specialiserede kemiske producenter.

En egenskab, der er almindelig blandt molekylerne i celler, er chiralitet. Objekter, der har kiralitet, er spejlbilleder af hinanden. Ligesom mennesker har to hænder, der er spejlbilleder af hinanden, molekyler udviser håndethed og har venstre og højre version kaldet enantiomerer. Siden livets molekyler, nemlig proteiner, sukker og DNA, er chirale, enantiomererne af molekyler som lægemidler har helt andre funktioner, når de interagerer med celler.

Specialkemikalieindustrier som medicinalindustrien har haft problemer med at producere chirale molekyler. Udfordringerne ligger i enten at adskille venstrehåndede fra højrehåndede versioner eller direkte kun at skabe den ønskede enantiomer gennem en kemisk reaktion.

Davis og hans team har nu opfundet molekylsigter, der er i stand til både at sortere og skabe chirale molekyler. Med denne udvikling, producenter kan være i stand til at producere mere specifikke og ønskede former for lægemidler og andre produkter. Et eksempel på en medicin, der kan forbedres, Davis siger, er stoffet ibuprofen, også kendt under et af dets mærkenavne - Advil. Ibuprofen indeholder både venstre- og højrehåndede formularer, men kun den venstrehåndede version er terapeutisk.

"For at minimere bivirkninger forbundet med ibuprofen - såsom mavesmerter, sår, og andre sundhedsproblemer-det ville være nyttigt bare at tage den venstrehåndede version, "siger Davis, Warren og Katharine Schlinger, professor i kemiteknik ved Caltech og hovedforsker for den nye forskning, som optræder i 1. maj -udgaven af Procedurer fra National Academy of Sciences . "Målet for fremtiden er at skabe specifikke kirale former for molekyler, ikke blandinger. Kirale molekylsigter lader os gøre dette på nye måder, der højst sandsynligt vil være mindre omkostningseffektive. Disse sigter kan være robuste og genanvendelige, og kræver ikke særlige temperaturer og andre driftsbetingelser. "

Molekylsigter er siliciumbaserede krystalgitter, der bruges i kommercielle applikationer på flere milliarder dollars, lige fra produktion af benzin og dieselolie til rensning af ilt fra luft. Sigterne, hvoraf mange er en klasse kaldet "zeolitter, "ligner schweizisk ost under et mikroskop, med sammenkoblede porer mindre end 2 nanometer i størrelse. Det er porerne, der gør disse faste stoffer så nyttige:de lader molekyler af kun en vis størrelse og form passere igennem. Ud over, porerne kan fungere som katalytiske reaktionskamre for at anspore produktionen af ​​specifikke kemiske produkter.

At skabe molekylsigter, der selektivt kan lade en bestemt form for et chiralt molekyle passere igennem, forskerne gjorde flere fremskridt. Først, medforfattere ved Rice University designet og implementerede beregningsmetoder til at hjælpe med at guide designet af kirale organiske molekyler, der styrer syntesen af ​​de chirale molekylsigter. Sekund, Caltech -forskere - der brugte årtier på at lære, hvad egenskaberne af de styrende organiske molekyler skulle være, og hvordan man derefter bruger dem til at samle molekylsigter - forberedte de designede, chirale organiske molekyler og syntetiserede de chirale molekylsigter. Tredje, forskere nu ved ShanghaiTech University udviklede et nyt, højopløsnings transmissionselektronmikroskopimetode, der blev brugt til at bekræfte, at sigterne faktisk var enten venstre- eller højrehåndede versioner. Caltech -forskerne demonstrerede også, at sigterne enten kunne adskille kirale molekyler eller skabe dem ved at katalysere chirale reaktioner.

"Det, vi er i stand til at gøre her ved design, er at lade forskere vælge, hvilken form de vil have:Hvis du vil have det højrehåndede molekyle, du bruger den rigtige molekylsigte, og du laver den. Hvis du vil have den anden, du bruger den anden molekylsigte, "siger Davis, der har arbejdet med problemet med at skabe kirale molekylsigter i 30 år. "Nu, vi kan syntetisere molekyler med chiralitet ved hjælp af molekylarsigtskatalysatorer for første gang. "