Kemister upptäcker omöjliga molekyler som bryter mot månghundraåriga bindningsregler

Kemister upptäcker omöjliga molekyler som bryter mot månghundraåriga bindningsregler

Har det för första gången kemist skapade en klass av molekyler som tidigare ansågs vara för instabila för att existera och använde dem för att skapa exotiska föreningar 1. Forskare säger att dessa ökända molekyler, kända som anti-Bredt-olefiner (ABO), erbjuder en ny väg för att syntetisera utmanande läkemedelskandidater.

Arbetet kallas ett "banbrytande bidrag", säger Craig Williams, kemist vid University of Queensland i Brisbane, Australien. Resultaten publicerades i tidskriften Science.

Organiska molekyler det kol tar vanligtvis specifika former som beror på hur atomerna är kopplade till varandra. Till exempel, olefiner, även kända som alkener - kolväten som ofta används i reaktioner för Läkemedelsutveckling används – en eller flera dubbelbindningar mellan två kolatomer, vilket leder till ett arrangemang av atomerna i ett plan.

Bredt-regeln, som har varit känd i 100 år och publicerades 1924 Organisk kemist Julius Bredt, konstaterar att i små molekyler som består av två atomer som delar atomer, vilket är fallet med vissa alkener, kan dubbelbindningar inte uppstå mellan två kolatomer vid förbindelsen mellan ringarna. Detta beror på att bindningarna skulle tvinga molekylen till en komplicerad, ansträngd 3D-form som gör den mycket reaktiv och instabil, säger studiens medförfattare Neil Garg, en kemist vid University of California, Los Angeles. "Men 100 år senare skulle folk fortfarande säga att sådana strukturer är förbjudna eller för instabila att bygga", säger han.

Även om regeln är inskriven i kemiböcker, har den inte hindrat forskare från att försöka bryta den. Tidigare forskning antydde att det är möjligt att skapa ABO:er som har en dubbelbindning mellan kolatomer i korsningen 2. Men försök att syntetisera dem i deras fullständiga form misslyckades eftersom reaktionsförhållandena var för hårda, säger Garg.

I det senaste experimentet behandlade Garg och hans kollegor en förförening med en källa till fluor för att inducera en mildare "elimineringsreaktion" som tar bort grupper av atomer från molekyler. Detta resulterade i en molekyl som hade den karakteristiska ABO-dubbelbindningen. När forskarna tillsatte olika fångsmedel – kemikalier som fångar instabila molekyler under reaktionen – kunde de producera flera komplexa föreningar som kunde isoleras. Detta tyder på att ABO:s reaktioner med olika fångsmedel kan användas för att syntetisera 3D-molekyler som är användbara för att designa nya läkemedel, säger Garg.

I motsats till typiska alkener är ABO kirala föreningar - molekyler som inte perfekt matchar deras spegelbild. Garg och hans kollegor syntetiserade och fångade en enantioberikad ABO, vilket betyder att de genererade mer av det ena spegelbildsparet än det andra. Detta resultat tyder på att ABO kan användas som okonventionella byggstenar för enantioberikade föreningar, som används i stor utsträckning i läkemedel.

Chuang-Chuang Li, en kemist vid Southern University of Science and Technology i Shenzhen, Kina, säger att detta tillvägagångssätt kan användas för att utforska innovativa syntetiska vägar för andra utmanande molekyler, som kemoterapiläkemedlet paklitaxel (marknadsförs som Taxol) - en komplex molekyl med många ringar som är svår att producera i laboratoriet. "Det är en värdefull och pålitlig metod", säger Li.

Garg och hans team undersöker ytterligare reaktioner med ABO och undersöker hur andra molekyler med till synes omöjliga strukturer kan syntetiseras. "Vi kan tänka lite mer kreativt", säger 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

Ladda ner referenser