Kemikere udvikler en ny tilgang til at indsætte enkelte kulstofatomer i ringe

Molekyler med et centralt ringsystem spiller en vigtig rolle i søgningen efter aktive ingredienser til nye farmaceutiske produkter – og det er vigtigt, at ringene har den rigtige størrelse, hvis det ønskede produkt skal fremstilles så effektivt som muligt.

Til dette formål har et internationalt hold af kemikere ledet af prof. Frank Glorius (Universitetet i Münster) og prof. Osvaldo Gutierrez (Texas A&M University, USA) udviklet et præcist og effektivt værktøj ved hjælp af "single atom skelet editing". Deres nye tilgang består i at indsætte et enkelt kulstofatom i kulstofskelettet af cykliske forbindelser, hvilket gør det muligt at justere ringstørrelsen fra fem- til seksleddede ringe. Metoden er publiceret i tidsskriftet Nature Catalysis .

Resultaterne af undersøgelsen, siger forskerne, åbner vejen for design og modifikation af komplekse molekylære strukturer. Ikke kun forskning, men også industrielle anvendelser inden for farmaceutiske synteser og i materialevidenskab kunne alle drage fordel af resultaterne.

Skeletredigering er en metode, der bruges af kemikere til at erstatte atomer i et ringsystem. "I tidligere tilgange," siger Dr. Fu-Peng Wu fra University of Münster, "var fokus på indsættelse af nitrogenatomer. Derimod er det en enorm udfordring at indsætte et enkelt kulstofatom i en ring, der udelukkende består af kulstof. kulstofreagens skal være kompatibel med forskellige funktionelle grupper, som bestemmer molekylets kemiske egenskaber. Derudover skal forbindelsen være stabil, let at håndtere og modtagelig for ukompliceret aktivering. I de seneste årtier er kun et lille antal af sådanne reagenser blevet udviklet.

Gruppen ledet af Glorius anvendte såkaldt fotoredox-katalyse, ved at bruge lysenergi til at drive reaktionen. Ved hjælp af specielle reaktive kulstoffragmenter (radikale carbyner) indsatte forskerne enkelte kulstofatomer med forskellige funktionelle grupper i inden. Inden er et udgangsmateriale, der ofte anvendes til fremstilling af organiske forbindelser, ligesom produktet naphthalen er.

Gutierrez og hans gruppe udførte mekanistiske beregninger for at påvise den underliggende reaktionsmekanisme i den radikale kæde. Som postdoc Dr. Remy Lalisse siger:"Vores beregninger synes at antyde, at reaktionen finder sted via en indledende tilføjelse af et diazomethylradikal til inden."

Flere oplysninger: Fu-Peng Wu et al., Ringudvidelse af inden ved fotoredox-aktiveret funktionaliseret carbon-atom indsættelse, Naturkatalyse (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01089-x

Journaloplysninger: Naturkatalyse

Leveret af University of Münster