Et nyt værktøj til at skabe kemisk kompleksitet fra fedtsyrer

Hokkaido University WPI-ICReDD forskere udviklede en modulær katalysator, der nøjagtigt kan modificere fedtsyrederivater i en hidtil utilgængelig position. Dette muliggør effektiv produktion af værdifulde forbindelser fra en vedvarende bioressource, der henviser til, at før skulle vi enten stole på råolie-afledte ressourcer eller bruge komplicerede og dyre metoder.

Mange lægemidler og plast består af en rygrad, der i det væsentlige er en kæde af carbonatomer med ændringer inden for deres carbonhydridramme. Til deres produktion, fedtsyrer er attraktive råvarer, fordi de er let tilgængelige, vedvarende naturressourcer, der består af en kæde af carbonatomer knyttet til en funktionel gruppe kaldet carboxylgruppe. Imidlertid, vores evne til at modificere disse kæder har hidtil været begrænset til carbonatomer kun et eller to atomer væk fra carboxylgruppen. Professor Masaya Sawamura fra Hokkaido University's Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) forklarer, "De kemiske materialer, der opnås på denne måde, er begrænset til dem med ret enkle strukturer, og for at syntetisere nyttige forbindelser, processer i flere trin er nødvendige. "

Med udgangspunkt i tidligere undersøgelser, Sawamuras gruppe konstruerede en katalysator, der består af et iridiumatom i sin kerne og forskellige moduler, der sikrer, at et fedtsyrederivat - fedtsyreamid eller -ester i dette tilfælde - er præcist placeret på en sådan måde, at CH-bindingen er placeret tre carbonatomer væk fra carboxylgruppen er modificeret. I øvrigt, mens hver CH-binding i et fedtsyrederivat kan modificeres på to måder, giver forbindelser, der er spejlbilleder af hinanden, katalysatoren udviklet af teamet producerer kun et af de to mulige produkter, hvilket er en vigtig egenskab især for lægemiddeludvikling. For at øge bredden af ​​mulige ændringer yderligere, forskerne forsøger at bruge forskellige moduler i deres katalysator til at ændre den måde, hvorpå substratet er placeret i katalysatoren for at tillade forskellige ændringer.

I deres artikel offentliggjort i Videnskab , teamet demonstrerede, at deres tilgang fungerer med forskellige substrater og kan producere en lang række nyttige derivater. Ud over, de brugte kvantekemiske beregninger til at undersøge den præcise struktur og funktion af deres katalysator, der driver den observerede reaktivitet og selektivitet. Resultaterne bekræftede, at katalysatoren har en dyb lomme, der binder substratet gennem interaktioner mellem en af ​​dets underenheder og carbonylgruppen i substratet, og holder den på plads for at lette den specifikke reaktion - en funktion, der er analog med naturlige enzymer.

"Den modulære katalysator tillod stedselektiv modifikation af fedtsyreamider og -estere, hvoraf nogle er bioaktive forbindelser. Denne enkle, modulopbygget, og bredt anvendeligt katalytisk system tillader introduktionen af ​​strukturel og kemisk kompleksitet til kulbrintekæden af ​​let tilgængelige råstofkemikalier, " siger Ronald Reyes fra forskerholdet. Centralt for succesen med disse bestræbelser er en kombination af eksperimenter og beregninger. Sawamura siger, "Akkumulering af eksperimentel viden er en kilde til stor inspiration, men med støtte fra computerkemi kan vi få dette til at fungere i den nærmeste fremtid. "