Kemikere giver chancen en hjælpende hånd

Uanset om det er syntetiske materialer som PET og teflon, medicin eller smagsstoffer, livet uden syntetisk fremstillede forbindelser er næppe tænkeligt. Den kemiske industri er afhængig af effektive, langsigtede metoder til fremstilling af syntetisk afledte molekyler. Til dette formål, kemikere bruger ofte katalysatorer, dvs. tilsætningsstoffer, som de kan lette og kontrollere kemiske reaktioner med. Men hvordan opdages og udvikles sådanne reaktioner?

En høj grad af viden og forståelse er påkrævet - men tilfældigheden spiller også en afgørende rolle. Et team af kemikere ved universitetet i Münster (Tyskland) har udviklet en strategi for at generere sådanne "tilfældige hits" på en systematisk måde med det formål at opdage nye, uventede reaktioner. Undersøgelsen er blevet offentliggjort i Chem tidsskrift.

Processen med systematisk at udføre et stort antal eksperimenter kaldes screening, og er fast praksis især inden for farmaceutisk forskning vedrørende aktive ingredienser. Screeningsmetoden udviklet i Münster til at opdage reaktioner kombinerer to trin, der dækker en række individuelle elementer i en reaktion, hvilken, i kombination, er designet til at opdage nye, syntetisk relevante reaktioner. I det første trin, kemikere undersøger, om et potentielt substrat faktisk overhovedet interagerer med katalysatoren. Til dette formål, for fotokatalysatorer, fænomenet emissionsdæmpning bruges. Hvis et substrat reducerer emissionen af ​​katalysatoren, en interaktion mellem katalysator og substrat er sandsynlig. Ved systematisk at screene et stort antal tilfældigt udvalgte forbindelser, nye molekyler kan identificeres, hvis interaktion med katalysatorer tidligere var ukendt.

Interaktionen mellem substrat og katalysator skaber ikke i sig selv en reaktion, imidlertid. Af denne grund, anden fase af screeningsprocessen involverer at undersøge, om en reaktion rent faktisk finder sted, når en reaktionspartner og katalysatoren er til stede. Det betyder, at for første gang, som et resultat af at kombinere to screeningstrin, begge parter i en ny reaktion kan identificeres, som reagerer for at danne et nyt produkt. "Denne todimensionale strategi gør det muligt for os ikke kun at finde nye interaktioner mellem katalysator og substrat, men også for faktisk at opdage nye reaktioner – inklusive nogle vi ikke tidligere havde forventet, " forklarer prof. Frank Glorius fra Institut for Organisk Kemi ved Münster Universitet.

Opdager uventet reaktivitet

Undersøgelsen viser, at forfatterne var i stand til at opdage og videreudvikle tre tidligere ukendte reaktioner. En af disse reaktioner er en såkaldt fotokemisk cykloaddition, hvor simpelt, flade molekyler - benzothiophener - overføres til komplekse tredimensionelle strukturer. "Som formuleret på papir, Jeg ville ikke have betragtet denne reaktion som mulig, "siger Felix Strieth-Kalthoff, en ph.d. studerende og hovedforfatter af undersøgelsen, "fordi, fra et energisk synspunkt, det vigtigste trin i denne reaktion burde egentlig ikke være muligt. "

For at undersøge dette nærmere, Münster -kemikerne kontaktede professor Dirk Guldi ved universitetet i Erlangen, der anses for at være verdens førende ekspert i undersøgelser af fotokemiske processer. Arbejder med kolleger fra Leibniz Institute of Surface Engineering i Leipzig, holdet var i stand til at kaste lys over sagen ved at udføre målinger i form af ultrahurtig spektroskopi. Kemikerne brugte ultrakorte laserpulser for systematisk at observere og undersøge de enkelte trin i reaktionen. "Vi er nu i stand til at give meget bedre forklaringer på de underliggende molekylære processer i triplet-triplet energioverførsel-det centrale aktiveringstrin, " siger Dirk Guldi. "Denne større forståelse vil muliggøre udviklingen af ​​nye processer og katalysatorer, " tilføjer han.

Dette eksempel viser, at resultaterne af en sådan screeningstilgang ikke kun giver nye reaktioner, men også kan ud over, bidrage til en dybere forståelse af emnet. "Vi er overbeviste om, at denne strategi kan bruges i andre områder af katalyse - og videre, siger Frank Glorius.

Ved brug af, blandt andet, de nyeste computerteknologier, holdet af forskere arbejder allerede fuldt ud på udviklingen af ​​nye screeningsmetoder til at opdage og forstå nye klasser af reaktioner. Der er én ting, Frank Glorius er sikker på:"Jeg tror, ​​at opdagelsen af ​​nye typer reaktioner, der er et resultat af databaserede strategier, som disse screeningsmetoder er, vil gøre en afgørende forskel for udviklingen af ​​syntetisk kemi. "