Forskere udnytter carbenernes kraft til at fremstille stoffer nemmere og mere sikkert

På trods af at de er nogle af de mest alsidige byggesten i organisk kemi, kan forbindelser kaldet carbener være for varme til at håndtere. I laboratoriet undgår kemikere ofte at bruge disse meget reaktive molekyler på grund af hvor eksplosive de kan være.

Endnu i en ny undersøgelse, offentliggjort i dag i tidsskriftet Science , rapporterer forskere fra Ohio State University om en ny, sikrere metode til at omdanne disse kortlivede højenergimolekyler til meget mere stabile.

"Carbener har en utrolig mængde energi i dem," sagde David Nagib, medforfatter af undersøgelsen og professor i kemi og biokemi ved Ohio State. "Værdien af ​​det er, at de kan lave kemi, som du bare ikke kan gøre på nogen anden måde."

Faktisk er medlemmer af Nagib Lab specialiseret i at udnytte reagenser med så høj kemisk energi og har hjulpet med at opfinde et væld af nye stoffer og teknikker, som ellers ville være kemisk uopnåelige.

I denne undersøgelse udviklede forskerne katalysatorer lavet af billige metaller, der er rigeligt af jord, såsom jern, kobber og kobolt, og kombinerede dem for at lette deres nye metode til at udnytte carben.

De var i stand til med succes at bruge denne nye strategi til at kanalisere kraften af ​​reaktive carbener til at fremstille værdifulde molekyler i større skala og meget hurtigere end traditionelle metoder. Nagib sammenlignede dette spring med ingeniører, der fandt ud af, hvordan man bruger stål til at bygge skyskrabere frem for mursten og mørtel.

For eksempel er et molekylært træk, som kemikere har været hårdt presset til at skabe, cyclopropan, en lille, anstrengt ring af snoede kemiske bindinger, der findes i nogle lægemidler. For nylig er cyclopropan blevet brugt som en nøgleingrediens i den orale antivirale pille kaldet Paxlovid. Brugt til at behandle COVID-19 reducerer pillen sygdommens sværhedsgrad ved at forhindre virussen i at replikere, i stedet for at dræbe den direkte.

Selvom den cyclopropan, der er nødvendig for at fremstille stoffet, har været vanskelig at skabe i store mængder, sagde Nagib, at han mener, at hans laboratoriums nye metode kunne anvendes til at skabe stoffet hurtigere og i større skala. "Vores nye metode vil give bedre adgang til snesevis af typer cyclopropaner til inkorporering i alle slags medicin til behandling af sygdom," sagde han.

Mens holdets forskning har potentielle applikationer uden for det farmaceutiske område, som agrokemikalier, sagde Nagib, at han er mest passioneret omkring, hvordan deres værktøj kunne fremskynde opdagelsen af ​​nye, målrettede lægemidler. "Man kunne teknisk set anvende vores metoder til hvad som helst," sagde han. "Men i vores laboratorium er vi mere interesserede i at få adgang til nye typer mere potente lægemidler."

Nagib forudser, at ved at bruge den proces, hans team udviklede, kunne et kemisk reagens, der i øjeblikket tager 10 eller 12 trin at fremstille (ved eksplosive mellemprodukter), udføres på fire eller fem, hvilket slår næsten 75 % af den tid, det tager at fremstille.

Overordnet sagde Nagib, at han håber, at denne forskning vil hjælpe andre kemikere med at udføre deres arbejde.

"Der er masser af virkelig gode videnskabsmænd rundt om i verden, der laver denne form for kemi, og ved at bruge vores værktøj kan de potentielt have et sikrere laboratorium," sagde Nagib. "Smagen af ​​videnskab, som vi laver, den mest tilfredsstillende belønning er, når andre mennesker bruger vores kemiske metoder til at gøre vigtige molekyler bedre."

Andre medforfattere var Lumin Zhang, en tidligere postdoc-stipendiat, samt Bethany M. DeMuynck, Alyson N. Paneque og Joy E. Rutherford, alle kandidatstuderende i afdelingen for kemi og biokemi og medlemmer af Nagib Lab. + Udforsk yderligere

Et bedre passende molekylært "bælte" til fremstilling af nye lægemidler