Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Funktionen af molekyler, der bruges i lægemidler, afhænger delvist af deres struktur, herunder de mange kemiske bindinger mellem deres atomer. Disse molekyler kan bygges gennem flere forskellige kemiske reaktioner, hvoraf de fleste er langsomme og ineffektive, fordi de er afhængige af dannelsen af en kemisk binding ad gangen. Ramesh Giri, Weinreb tidlig karriere professor i kemi ved Penn State, har udviklet en reaktion, der skaber to kulstofbindinger ad gangen på tværs af atomer i en konfiguration kaldet en alken ved hjælp af små mængder nikkel, en bæredygtig og rigelig katalysator.
Et papir, der beskriver reaktionen, blev for nylig offentliggjort i Journal of the American Chemical Society . Vi talte med Giri om denne forskning:
Q:Hvad omfatter strukturen af lægemiddelmolekylet?
Giri:De fleste lægemiddelmolekyler indeholder mange kulstofatomer i deres strukturer. Et flertal af disse carbonatomer er forbundet med carbon-carbon-bindinger for at danne en grundlæggende ramme for lægemiddelmolekylet, ligesom de mange knogler i menneskekroppen er forbundet til at danne et skelet. Kulstofskelettet af et lægemiddelmolekyle fungerer som en platform til at holde kemiske komponenter kendt som funktionelle grupper, der giver lægemidlet funktionelle egenskaber.
Q:Hvad var din motivation for denne undersøgelse?
Giri:Kulstofskeletterne i lægemiddelmolekyler er skabt ved at samle forskellige kulkilder ved hjælp af reaktioner, der danner nye bindinger mellem atomer, normalt én obligation ad gangen. I mange tilfælde, processen med at syntetisere lægemidler bliver derfor langvarig og kedelig med involvering af flere kemiske trin med flere reaktionsmellemprodukter, håndtering af et stort antal kemikalier, og generering af mængder af kemisk affald. Vi udvikler nye, miljøvenlige kemiske omdannelser, der er hurtigere, generering af flere bindinger i ét trin og drastisk reduktion af antallet af overordnede trin.
Q:Hvad var hovedresultaterne af denne undersøgelse?
Giri:Vi har udviklet en reaktion kaldet alkendialkylering, der skaber to carbon-carbonbindinger hen over en alken ved hjælp af nikkel, et bæredygtigt og jordrigt metal, som en katalysator for at fremskynde reaktionen. Reaktionen er utrolig effektiv, fordi den udføres med en meget mindre mængde katalysator end normalt. Vi bruger 500-2000 dele per million (ppm) nikkel sammenlignet med 50, 000 til 100, 000 ppm katalysator i lignende reaktioner. Vores metode giver os mulighed for hurtigt at syntetisere komplekse molekyler fra let tilgængelige basiskemikalier.
Q:Hvorfor er dette vigtigt?
Giri:Der er tre vigtige aspekter af denne nye reaktion - a) reaktionen bruger et bæredygtigt og jordrigt metal som katalysator, b) reaktionen bruger katalysatoren i ekstremt lave koncentrationer, gør denne proces til den mest effektive alkendifunktionaliseringsreaktion til dato, og c) den nye katalytiske tilstand løser en af de mest presserende udfordringer i alkendifunktionalisering ved at tilføje to funktionelle steder samtidigt. Brugen af bæredygtigt og jordrigt metal som katalysator vil have en bred indvirkning på syntese og fremstilling af lægemidler, hvor omkostningerne, tilgængelighed, og mængden af katalysatoren efterlader et stort fodaftryk på priserne på lægemidlerne.
Q:Hvilke spørgsmål mangler stadig at blive behandlet?
Giri:Mens den nuværende reaktion gør et stort fremskridt på dette forskningsområde, omfanget er stadig begrænset til to klasser af molekyler kaldet alkenylarener og benzylhalogenider. Selvom disse molekyler er blandt de største klasser af simple og let tilgængelige basiskemikalier, fremtidigt arbejde bør fokuseres på at udvide omfanget til den generelle klasse af alkener, især klasser kaldet lineære uaktiverede alkener og alkylhalogenider.