Bio-inspireret nano-katalysator styrer chirale reaktioner

Mange lægemidler er snoede molekyler med to spejlbilleder, men kroppen bruger kun én. Inspireret af fotosyntetiske bakterier, et hold ved University of Michigan byggede en katalysator, der leder kemiske reaktioner mod den rigtige version af snoede molekyler. Det kan føre til mere effektiv produktion af nogle lægemidler.

Krøllen i lægemiddelmolekyler, en egenskab, der er kendt som chiralitet, hjælper dem med at interagere med lignende buede molekyler i humane celler. Molekylet med den modsatte kurve er inaktivt eller, i værste fald kan være meget giftig. Alligevel giver kemiske processer os normalt begge versioner af chirale molekyler, eller enantiomerer, i lige store mængder.

"Chirale katalysatorer i dag er blevet optimeret til at arbejde i væsker, der er dyre og miljøvenlige. Disse katalysatorer kan næsten udelukkende producere venstre- eller højre-enantiomerer, men når vi ønsker at bære reaktioner i vand, de er ødelagt, sagde Nicholas Kotov, Joseph B. og Florence V. Cejka professor i ingeniørvidenskab, der ledede teamet, der designede og testede den nye katalysator.

Det ville være billigere og sikrere at køre reaktioner i vand. Katalysatorerne udviklet af Kotovs team kan gøre dette. De er samlinger af mineralske nanopartikler, hovedsageligt fremstillet af zinkoxid. De efterligner organer i nanoskala i bakterier, og de er mindst 10 gange bedre til at vælge en bestemt version af et chiralt molekyle end tidligere katalysatorer af denne type.

"Vores chirale selektivitet er konsekvent over 20%, mens de tidligere reaktioner af lignende type knap brød 1%, " sagde Kotov. "Tyve procent virker måske ikke af meget, men det er allerede teknologisk værdifuldt, fordi det reducerer omkostningerne ved det påtænkte produkt væsentligt."

For eksempel, nogle medikamenter - som i øjeblikket indeholder lige store mængder af de aktive og inaktive enantiomerer - kunne fremstilles mere effektivt med disse katalysatorer.

"Omkostningsbesparelser er allerede mulige, fordi katalysatorerne er billige, stabil og genanvendelig. Udskiftning af organiske opløsningsmidler med vand gør også en stor forskel både for økonomi og miljø. "

Sådan fungerer katalysatorerne:mellemrummene mellem de chirale nanopartikler inden for 0,0001 millimeter "suprapartiklen" er snoet, så de foretrækker at være vært for molekyler med en lignende kurve. Nanopartiklerne fanger lys og omdanner det til elektriske ladninger, som føres til molekylerne i hullerne.

Molekylerne bruger energien til at danne en ny binding. Molekylerne med de korrekte drejninger bruger mere tid inde i suprapartiklen, så de ender med at producere flere af de snoede produkter.

Holdet undersøger, hvordan man kan forbedre den chirale selektivitet yderligere, måske ved at bruge snoet lys.

Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Naturkommunikation .