Elektrokemisk reaktion driver nye lægemiddelfund

Et Cornell-ledet samarbejde vender omskifteren til traditionel syntetisk kemi ved at bruge elektricitet til at drive en ny kemisk reaktion, der tidligere stubbe kemikere, der er afhængige af konventionelle metoder.

Denne nye reaktion - detaljeret i teamets papir, "Dobbelt elektrokatalyse muliggør enantioselektiv hydrocyanisering af konjugerede alkener, "udgivet 29. juni i Naturkemi - kunne anspore til fremstilling af et væld af nye, billige lægemidler.

Projektet var et samarbejde mellem co-senior forfattere Song Lin og Robert A. DiStasio Jr., både adjunkt i kemi og kemisk biologi på College of Arts and Sciences.

Lins laboratorium undersøger de potentielle anvendelser af elektrokemi, som driver kemiske reaktioner med spænding i stedet for reagenserne foretrukket af traditionel organisk kemi. Disse reagenser kan være dyre og vanskelige at kontrollere i større skalaer. Og mens elektrokemi ofte bruges inden for batteri- og energiforskning, det er mindre almindeligt brugt i kemisk syntese.

Lin har været særligt fokuseret på at bruge elektrokatalyse til at skabe kirale molekyler-molekyler, der er ikke-overlejrede spejlbilleder af hinanden (ofte omtalt som venstre- og højrehåndede) og ganske udbredt i hele medicinsk kemi. Til dette projekt, hans gruppe indgik et samarbejde med medicinalfirmaet Eli Lilly for at identificere specifikke reaktionstransformationer, der kunne målrettes mod at skabe billige forstadier til nye lægemidler.

I dette arbejde, Lin og hans team udviklede en katalysator, der udfører asymmetrisk katalyse - en måde at styre kemiske reaktioner mod et specifikt kiralt produkt (f.eks. produktion af den højrehåndede version af et chiralt molekyle i stedet for den venstrehåndede).

"Dette gav os virkelig mulighed for at forbedre reaktionens selektivitet, så du kan få et produkt rent nok til at blive brugt, potentielt, til opdagelse af stoffer, "Sagde Lin." Selvom dette arbejde ikke nødvendigvis ændrer måden, hvorpå stofferne fremstilles, det giver os adgang til en lang række analoger. "

Forskerne var i stand til at kombinere to forskellige reaktioner-kobolt-medieret hydrogen-atomoverførsel og kobberfremmet radikal cyanering-på et alkensubstrat ved hjælp af en dobbelt katalytisk strategi.

"Vi har to forskellige katalysatorer i systemet, og hver af dem indtager en bestemt rolle, "Lin sagde." Elektrokemi tillader os at kombinere disse to kemiske systemer problemfrit, og drive flere kemiske cyklusser eller forskellige oxidationshændelser i det samme reaktionssystem. "

Den reaktion, der resulterede - asymmetrisk hydrocyanering af alkener - har unddraget sig organiske kemikere i årtier. Nu, ved at variere underlaget, de kan justere molekylstrukturen i et kommercielt lægemiddel og skabe nye sorter.

For bedre at forstå mekanismen bag denne længe søgte reaktion, Lin vendte sig til DiStasio, hvis laboratorium har specialiseret sig i teoretisk kemi. Særligt relevant er det arbejde DiStasio og hans gruppe har udført med at beskrive og forstå de ikke-bundne (eller ikke-kovalente) interaktioner, der opstår mellem molekyler.

"Efter at have udført en række detaljerede kvantemekaniske beregninger på dette system, det blev klart for os, at kobberkatalysatoren har en ret interessant og dikotom karakter, "Sagde DiStasio." Ved at kombinere både attraktive og frastødende ikke-kovalente interaktioner, denne katalysator muliggør en meget vanskelig, alligevel enormt nyttig, kemisk reaktion."