Synligt lys og nanopartikelkatalysatorer producerer ønskelige bioaktive molekyler

Kemikere fra Northwestern University har brugt synligt lys og ekstremt små nanopartikler til hurtigt og enkelt at lave molekyler, der er af samme klasse som mange ledende forbindelser til udvikling af lægemidler.

Drevet af lys, nanopartikelkatalysatorerne udfører kemiske reaktioner med meget specifikke kemiske produkter - molekyler, der ikke bare har de rigtige kemiske formler, men også har specifikke arrangementer af deres atomer i rummet. Og katalysatoren kan genbruges til yderligere kemiske reaktioner.

Halvledernanopartiklerne er kendt som kvanteprikker - så små, at de kun er få nanometer på tværs. Men den lille størrelse er magt, at give materialet attraktive optiske og elektroniske egenskaber, som ikke er muligt ved større længdeskalaer.

"Kvanteprikker opfører sig mere som organiske molekyler end metalnanopartikler, " sagde Emily A. Weiss, der ledede forskningen. "Elektronerne presses ind i så lille et rum, at deres reaktivitet følger kvantemekanikkens regler. Det kan vi udnytte, sammen med nanopartikeloverfladens skabelonkraft."

Dette arbejde, udgivet for nylig af tidsskriftet Naturkemi , er den første brug af en nanopartikels overflade som skabelon for en lysdrevet reaktion kaldet en cycloaddition, en simpel mekanisme til at gøre meget kompliceret, potentielt bioaktive forbindelser.

"Vi bruger vores nanopartikelkatalysatorer til at få adgang til denne ønskværdige klasse af molekyler, kaldet tetrasubstituerede cyclobutaner, gennem enkle, ettrinsreaktioner, der ikke kun producerer molekylerne i højt udbytte, men med arrangementet af atomer, der er mest relevante for lægemiddeludvikling, " sagde Weiss. "Disse molekyler er svære at lave på anden måde."

Weiss er Mark og Nancy Ratner professor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences. Hun har specialiseret sig i at kontrollere lysdrevne elektroniske processer i kvanteprikker og bruge dem til at udføre lysdrevet kemi med hidtil uset selektivitet.

Nanopartikelkatalysatorerne bruger energi fra synligt lys til at aktivere molekyler på deres overflader og smelte dem sammen for at danne større molekyler i konfigurationer, der er nyttige til biologiske anvendelser. Det større molekyle løsnes derefter let fra nanopartiklerne, frigør nanopartiklerne til at blive brugt igen i en anden reaktionscyklus.

I deres undersøgelse, Weiss og hendes team brugte tre nanometer nanopartikler lavet af halvlederen cadmiumselenid og en række startmolekyler kaldet alkener i opløsning. Alkener har kerne carbon-carbon dobbeltbindinger, som er nødvendige for at danne cyclobutanerne.

Undersøgelsen har titlen "Regio- og diastereoselektive intermolekylære [2+2] cykloadditioner fotokatalyseret af kvanteprikker."