Bryde bindinger for at danne bindinger:Ny kemisk reaktion med potentielle anvendelser i medicinsk kemi

Et team af kemikere fra universitetet i Wien, ledet af Nuno Maulide, har opnået et betydeligt gennembrud inden for kemisk syntese og udviklet en ny metode til at manipulere kulstof-hydrogen-bindinger. Denne opdagelse giver ny indsigt i de molekylære vekselvirkninger mellem positivt ladede kulstofatomer.

Ved selektivt at målrette en specifik C-H-binding åbner de døre til syntetiske veje, der tidligere var lukkede - med potentielle anvendelser inden for medicin. Undersøgelsen er publiceret i Science .

Levende organismer, herunder mennesker, skylder deres kompleksitet primært til molekyler, der hovedsageligt består af kulstof, brint, nitrogen og oxygen. Disse byggesten danner grundlaget for utallige stoffer, der er essentielle for dagligdagen, herunder medicin. Når kemikere går i gang med at syntetisere et nyt lægemiddel, manipulerer de molekyler gennem en række kemiske reaktioner for at skabe forbindelser med unikke egenskaber og strukturer.

Denne proces involverer at bryde og danne bindinger mellem atomer. Nogle bindinger, såsom dem mellem kulstof og brint (CH-bindinger), er særligt stærke og kræver betydelig energi at bryde, mens andre lettere kan modificeres. Mens en organisk forbindelse typisk indeholder snesevis af C-H-bindinger, måtte kemikere traditionelt ty til at manipulere andre, svagere bindinger. Sådanne bindinger er langt mindre almindelige og skal ofte introduceres i yderligere syntetiske trin, hvilket gør sådanne tilgange dyre - derfor er mere effektive og bæredygtige syntetiske metoder eftertragtede.

C–H-aktivering som en ny tilgang

Konceptet med CH-aktivering er en revolutionær tilgang, der muliggør direkte manipulation af stærke CH-bindinger. Dette gennembrud øger ikke kun effektiviteten af ​​syntetiske processer, men kan også ofte reducere deres miljøpåvirkning og give mere bæredygtige veje til lægemiddelopdagelse.

En nøgleudfordring er den præcise manipulation af en specifik CH-binding i et molekyle, der indeholder mange forskellige CH-bindinger. Denne hindring, kendt som "selektivitetsproblemet", hindrer ofte den bredere anvendelse af etablerede CH-aktiveringsreaktioner.

Målretning mod en specifik C-H-binding

Forskere ved universitetet i Wien ledet af Maulide har nu udviklet en ny CH-aktiveringsreaktion, der adresserer selektivitetsproblemet og muliggør syntesen af ​​komplekse kulstofbaserede molekyler. Ved selektivt at målrette en specifik C-H-binding med bemærkelsesværdig præcision åbner de døre til syntetiske veje, der tidligere var lukkede.

Maulide-gruppen fokuserer på såkaldte "carbocations" (dvs. molekyler indeholdende et positivt ladet kulstofatom) som nøglemellemprodukter. "Traditionelt reagerer carbocations ved at eliminere et hydrogenatom, der støder op til kulstofatomet, og danner en kulstof-kulstof dobbeltbinding i produktet," forklarer Maulide.

"Produkter med dobbeltbindinger - kaldet alkener - kan være yderst nyttige. Men nogle gange ønskes en enkeltbinding i stedet for en dobbeltbinding."

"Vi har opdaget, at i visse tilfælde kan reaktivitet tage en ny retning. Dette fører til et fænomen kaldet 'fjerneliminering", hvilket resulterer i dannelsen af ​​en ny kulstof-kulstof-enkeltbinding - et fænomen, som ikke er blevet undersøgt før." forklarer Phillip Grant og Milos Vavrík, første forfattere af undersøgelsen.

Forskerne demonstrerede denne nye reaktivitet ved at syntetisere dekaliner, en byggesten for mange lægemidler.

"Dekaliner er en klasse af cykliske kulstofbaserede molekyler, der findes i mange biologisk aktive forbindelser. Vi kan nu producere disse molekyler på en meget mere effektiv måde, hvilket potentielt kan bidrage til udviklingen af ​​nye og mere effektive lægemidler," slutter Maulide.

Flere oplysninger: Phillip S. Grant et al., Fjernprotoneliminering:CH-aktivering muliggjort af distal forsuring, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi8997. www.science.org/doi/10.1126/science.adi8997

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af Universitetet i Wien