En enkel, billig måde at få kulstofatomer til at binde sammen

Den aktive ingrediens i mange lægemidler er det, der er kendt som et lille molekyle:større end vand, meget mindre end et antistof og hovedsageligt lavet af kulstof. Det er dog svært at lave disse molekyler, hvis de kræver et kvaternært kulstof - et kulstofatom bundet til fire andre kulstofatomer. Men nu har Scripps Research-forskere afsløret en potentiel omkostningseffektiv måde at fremstille disse vanskelige motiver på.

I de nye resultater, som blev offentliggjort i Science den 5. april 2024 viser Scripps Research-kemikere, at det er muligt at omdanne råstofkemikalier til kvaternære carboner ved hjælp af en enkelt, billig jernkatalysator. Denne metode kunne gavne lægemiddeludviklere ved at gøre molekyler billigere og nemmere at producere i små og store skalaer.

"Kvaternære kulstof er allestedsnærværende på tværs af forskellige forskningsområder - fra lægemiddelopdagelse til materialevidenskab," siger medforfatter Nathan Dao, en Ph.D. kandidat hos Scripps Research. "Syntesen af ​​kvaternære carbonatomer er imidlertid en langvarig udfordring inden for organisk kemi, der typisk kræver adskillige trin og er afhængig af barske forhold eller mindre tilgængelige udgangsmaterialer."

Ud over Dao inkluderede undersøgelsens første forfattere Xu-Cheng Gan og Benxiang Zhang.

Katalysatorer er stoffer, der bruges til at fremskynde hastigheden af ​​en kemisk reaktion. Nogle gange er flere forskellige katalysatorer nødvendige for at fremme en bestemt reaktion og opnå det ønskede resultat:en veritabel 'reaktionssuppe'. Men katalysatorer kan være meget dyre, og de reagerer ikke altid efter hensigten - og jo flere katalysatorer, der bruges, jo mere affald produceres der. Men Scripps Research-forskerne fastslog, at en enkelt katalysator kunne udføre flere afgørende roller.

"En vanskelig kemisk reaktion kræver ofte mange interagerende komponenter," ifølge co-senior forfatter, Ryan Shenvi, Ph.D., en professor i Institut for Kemi ved Scripps Research. "En fordel ved dette arbejde er, at det er utroligt enkelt."

Holdet identificerede enkle betingelser for at omdanne carboxylsyrer og olefiner, to hovedklasser af kemiske råmaterialer - eller råmaterialer, der brænder en maskine eller industriel proces - til kvaternære carboner ved at bruge en billig jernbaseret katalysator. Derudover er disse kemiske råvarer ikke kun rigelige, men de er også billige.

"Lignende reaktioner har vundet indpas på det seneste, så denne opdagelse var uundgåelig," forklarer Shenvi. "Stykkerne var allerede i litteraturen, men ingen havde sat dem sammen før."

Overordnet set fremhæver undersøgelsen, som blev udført i samarbejde med laboratoriet af senior medforfatter Phil Baran, Ph.D., Dr. Richard A. Lerner Begavet Chair i Department of Chemistry ved Scripps Research, kemiens igangværende rolle. i udviklingen af ​​moderne teknologi og lægemidler.

"Dette arbejde er endnu en slående demonstration af styrken af ​​den kollaborative atmosfære hos Scripps Research til at afdække nye transformationer, der kan have en dramatisk indvirkning på at forenkle praksis med organisk syntese," tilføjer Baran.

Ud over Gan, Zhang, Dao, Baran og Shenvi, forfattere af undersøgelsen, "Carbon quaternization of redox aktive estere og olefiner ved decarboxylative coupling" er Cheng Bi, Maithili Pokle, Liyan Kan og Yu Kawamata fra Scripps Research; Michael R. Collins fra Pfizer Pharmaceuticals; Chet C. Tyrol fra Pfizer Medicine Design; og Philippe N. Bolduc og Michael Nicastri fra Biogen Inc.

Flere oplysninger: Xu-cheng Gan et al., Kulstofkvaternisering af redoxaktive estere og olefiner ved decarboxylativ kobling, Science (2024). DOI:10.1126/science.adn5619

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af The Scripps Research Institute