Kemikere opdager 'umulige' molekyler, der bryder århundreder gamle bindingsregler

Kemikere opdager 'umulige' molekyler, der bryder århundreder gamle bindingsregler

Har det for første gang kemiker skabte en klasse af molekyler, der tidligere blev anset for at være for ustabile til at eksistere og brugte dem til at skabe eksotiske forbindelser 1. Forskere siger, at disse berygtede molekyler, kendt som anti-Bredt-olefiner (ABO'er), tilbyder en ny vej til at syntetisere udfordrende lægemiddelkandidater.

Værket kaldes et "banebrydende bidrag," siger Craig Williams, kemiker ved University of Queensland i Brisbane, Australien. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Science.

Organiske molekyler, der kulstof typisk antage specifikke former, der afhænger af den måde, atomerne er forbundet med hinanden. For eksempel olefiner, også kendt som alkener - kulbrinter, der ofte bruges i reaktioner til Lægemiddeludvikling bruges – en eller flere dobbeltbindinger mellem to kulstofatomer, hvilket fører til en opstilling af atomerne i et plan.

Bredt-reglen, som har været kendt i 100 år og udkom i 1924 Organisk kemiker Julius Bredt, anfører, at i små molekyler, der består af to atomer, der deler atomer, som det er tilfældet med nogle alkener, kan der ikke opstå dobbeltbindinger mellem to carbonatomer ved ringenes kryds. Dette skyldes, at bindingerne ville tvinge molekylet til en kompliceret, anstrengt 3D-form, der gør det meget reaktivt og ustabilt, siger studiemedforfatter Neil Garg, en kemiker ved University of California, Los Angeles. "Alligevel 100 år senere ville folk stadig sige, at sådanne strukturer er forbudte eller for ustabile at bygge," siger han.

Selvom reglen er nedfældet i kemibøger, har den ikke afholdt forskere fra at forsøge at bryde den. Tidligere forskning antydede, at det er muligt at skabe ABO'er, der har en dobbeltbinding mellem kulstofatomer ved krydset 2. Forsøg på at syntetisere dem i deres komplette form var imidlertid mislykkede, fordi reaktionsbetingelserne var for hårde, siger Garg.

I det seneste eksperiment behandlede Garg og hans kolleger en præforbindelse med en kilde til fluor for at fremkalde en mildere "elimineringsreaktion", der fjerner grupper af atomer fra molekyler. Dette resulterede i et molekyle, der havde den karakteristiske ABO-dobbeltbinding. Da forskerne tilføjede forskellige fangstmidler - kemikalier, der fanger ustabile molekyler under reaktionen - var de i stand til at producere flere komplekse forbindelser, der kunne isoleres. Dette tyder på, at ABO'ers reaktioner med forskellige fangstmidler kan bruges til at syntetisere 3D-molekyler, der er nyttige til at designe nye lægemidler, siger Garg.

I modsætning til typiske alkener er ABO'er chirale forbindelser - molekyler, der ikke passer perfekt til deres spejlbillede. Garg og hans kolleger syntetiserede og fangede en enantioberiget ABO, hvilket betyder, at de genererede mere af det ene spejlbillede-par end det andet. Dette resultat tyder på, at ABO'er kunne bruges som ukonventionelle byggesten til enantioberigede forbindelser, som er meget udbredt i lægemidler.

Chuang-Chuang Li, kemiker ved Southern University of Science and Technology i Shenzhen, Kina, siger, at denne tilgang kunne bruges til at udforske innovative syntetiske ruter for andre udfordrende molekyler, såsom kemoterapilægemidlet paclitaxel (markedsført som Taxol) - et komplekst molekyle med mange ringer, som er svært at producere i laboratoriet. "Det er en værdifuld og pålidelig metode," siger Li.

Garg og hans team undersøger yderligere reaktioner med ABO'er og undersøger, hvordan andre molekyler med tilsyneladende umulige strukturer kan syntetiseres. "Vi kan tænke lidt mere kreativt," siger han.

1. McDermott, L. et al. Science 386, eadq3519 (2024).

   Artikel
   Google Scholar

2. Chan, T.H. & Massuda, D.J. Am. Chem. Soc 99 (1977).

   Google Scholar

Download referencer