Veel chemische moleculen kunnen samen met hun spiegeltegenhangers in de natuur voorkomen; zoals handen, twee verbindingen kunnen bestaan ​​uit dezelfde atomen in dezelfde algemene structuur maar in tegengestelde oriëntaties, d.w.z. linkshandig en rechtshandig. Dit fenomeen van symmetrie wordt "chiraliteit" genoemd, en kan spiegeltegenhangers ("enantiomeren") totaal verschillende chemische eigenschappen geven. Een beroemd en tragisch voorbeeld van chiraliteit is thalidomide, die oorspronkelijk werd verkocht als een mengsel van beide enantiomeren. Het probleem was dat de ene een onschadelijk kalmerend middel was en de andere zeer giftig voor foetussen. resulterend in verontrustende aangeboren misvormingen.

Dus vandaag is het noodzakelijk geworden om verbindingen te synthetiseren met wat bekend staat als een hoge "optische zuiverheid", wat een maat is voor chirale zuiverheid:de mate waarin een monster één enantiomeer in grotere hoeveelheden bevat dan het andere. Maar omdat enantiomeren zeer kleine structurele verschillen en identieke stabiliteit hebben, het synthetiseren van de ene over de andere is een zeer uitdagende taak.

Een manier om dit te doen is wat chemici "desymmetrisatie" noemen van een niet-chirale verbinding die vergelijkbaar is met het doelmolecuul. Dit houdt in dat een molecuul wordt aangepast zodat het de symmetrie-elementen verliest die ervoor zorgden dat het niet chiraal was.

Onderzoekers van Jérôme Waser's Laboratory of Catalysis and Organic Synthesis bij EPFL hebben nu een nieuwe desymmetrisatiestrategie ontwikkeld om toegang te krijgen tot chirale bouwstenen die ureumsubstructuren bevatten. Ureumderivaten zijn belangrijke componenten van biomoleculen zoals biotine (vitamine B7) of bioactieve natuurlijke producten, zoals het antikanker agelastatine A.

De onderzoekers deden twee cruciale innovaties. Eerst, ze ontwierpen een niet-chirale cyclopropaan (drieledige koolstofring) voorloper. Dit molecuul biedt een verhoogde reactiviteit en is ideaal voor reacties onder milde omstandigheden.

Tweede, de onderzoekers ontwikkelden een nieuwe koperkatalysator die met hoge selectiviteit een enantiomeer van het gewenste product kan vormen. Het kopercentrum bindt en activeert de cyclopropaanprecursor, waardoor zijn banden breken. De voorloper wordt dan aangevallen door een indool, een molecuul dat erg belangrijk is als structureel element van bioactieve verbindingen. Als resultaat, de voorloper verliest zijn symmetrie - en wordt daarom chiraal - en kan worden gebruikt om selectief het gewenste enantiomeer te maken.

Het werk is een belangrijke doorbraak, omdat desymmetrisatie nooit eerder is gebruikt om toegang te krijgen tot chirale ureums uit cyclopropanen. "Nieuwe bouwstenen zijn nu gemakkelijk toegankelijk als pure enantiomeren, en kan worden getest op biologische activiteit of worden gebruikt om complexere chirale moleculen te synthetiseren, " zegt Jérôme Waser. "Bovendien, de nieuwe katalysator die we hebben ontworpen zal zeker bruikbaar zijn voor andere toepassingen in de synthetische chemie."