Wetenschappers van Rice University hebben hun aanpak vereenvoudigd om een ​​zeer veelzijdige familie van voorlopers op weg naar biologisch actieve verbindingen te synthetiseren. Hun methode moet het ontwerp en de ontwikkeling van geneesmiddelen goedkoper en milieuvriendelijker maken.

Synthetisch chemicus László Kürti en postdoctoraal onderzoekers Zhiwei Ma en Zhe Zhou rapporteerden hun synthese van onbeschermde aziridinemoleculen, belangrijke bouwstenen in de synthetische chemie. De primaire focus van het lab is om het aantal stappen te verminderen dat nodig is om stikstofbevattende chemische verbindingen te synthetiseren. Een manier om dit te doen is de synthese van voorlopermoleculen te vereenvoudigen, die vervolgens gemakkelijk kunnen worden gewijzigd in producten.

Hun werk verschijnt in de Angewandte Chemie International Edition .

Aziridinen zijn driehoekige structuren die twee koolstofatomen en een stikstofatoom bevatten die met elkaar verbonden zijn. De energie-inhoud van aziridines is hoog vanwege de spanning in de drieledige ring. Dit is de sleutel tot hun bruikbaarheid als bouwstenen, omdat ze gemakkelijk kunnen worden geopend in combinatie met geschikte reactiepartners, zei Kurti.

Het synthetiseren van aziridines die kunnen worden aangepast voor de bereiding van medicijnen en andere industriële doeleinden omvat meestal stappen om het vermogen te behouden om hun delicate stikstofatomen te functionaliseren, die belangrijk zijn om de producten biologisch actief te houden.

"De overgrote meerderheid van het onderzoek in de aziridinechemie betreft alleen de synthese van verschillende beschermde aziridines, die vaak niet verder gefunctionaliseerd kunnen worden, "Zei Zhou. "Deze eenvoudige methode geeft toegang tot onbeschermde aziridines, die veel gemakkelijker te functionaliseren zijn."

Wat is het verschil tussen beschermde en onbeschermde aziridines? "De sleutel is het stikstofatoom, " zei hij. "Als deze stikstof is verbonden met een elektronenzuigende groep, het aziridine is beschermd, terwijl verbinding met een waterstofatoom of alkylgroepen aanleiding geeft tot onbeschermde aziridines."

De nieuwe methode bouwt voort op een methode die drie jaar geleden door Kürti en zijn collega's werd geïntroduceerd en waarover in Science werd gerapporteerd. Dat document beschreef een manier om aziridines direct uit olefineverbindingen te maken in een enkele stap en onder milde omstandigheden, maar de transformatie duurde in sommige gevallen dagen en liet een giftig bijproduct achter. (Olefinen bestaan ​​alleen uit waterstof- en koolstofatomen en worden in enorme hoeveelheden geproduceerd door de aardolie-industrie via het kraken van koolwaterstoffen.)

Het nieuwe werk stroomlijnt het proces en elimineert de toxiciteit, zei Kurti. "We brengen een heel goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar reagens binnen, hydroxylamine O-sulfonzuur, en gebruik het als een elektrofiele stikstofbron voor alkeenaziridineringsreacties, " hij zei.

De voordelen van het éénpotsproces zijn onder meer de mogelijkheid om aziridines bij kamertemperatuur in slechts enkele uren en met een kleine hoeveelheid katalysator te produceren, hij zei. Het enige bijproduct van het proces is een milieuvriendelijk en in water oplosbaar sulfaat.

De resulterende moleculen zijn ook stereospecifiek, zei Zhou. "Stereospecificiteit betekent dat als men een olefine in een reactie neemt met een strikt gedefinieerde dubbele bindingsgeometrie (cis- of trans), die geometrie zal aan het einde van het proces volledig behouden blijven."