Bijna 50 jaar sinds wijlen Richard Heck de krachtige chemische reactie ontdekte die leidde tot de 2010 Nobelprijs van de professor aan de Universiteit van Delaware, scheikundigen vinden nog steeds nieuwe en waardevolle manieren om de Heck Reaction te gebruiken.

Een van hen - prof. Donald A. Watson - maakt deel uit van de afdeling Scheikunde en Biochemie waar Heck lesgaf tijdens zijn tijd op de faculteit van UD (1971-89). En Watson en zijn onderzoeksgroep hebben zojuist nieuwe bevindingen gepubliceerd die de ontwikkeling en productie van geneesmiddelen met kleine moleculen kunnen stroomlijnen. die de meerderheid van de geneesmiddelen omvatten die tegenwoordig worden gebruikt. De actieve ingrediënten in deze medicijnen met kleine moleculen worden meestal afgeleverd door een tablet of capsule en opgenomen in de bloedbaan.

Hun werk, gepubliceerd in Angewandte Chemie , laat zien hoe de Heck-reactie (die palladium als katalysator gebruikt om koolstofmoleculen te binden) het gemakkelijker en praktischer kan maken om indoline-steigers te produceren - structuren die een belangrijk platform bieden voor nieuwe moleculen.

Indoline-steigers worden aangetroffen in veel natuurlijke producten en in geneesmiddelen die worden gebruikt voor de behandeling van ziekten, waaronder kanker, hypertensie, migrainehoofdpijn en andere aandoeningen.

Maar het produceren van deze steigers was een uitdaging, vooral wanneer meer complexiteit vereist is.

Watson en zijn groep zagen een nieuwe manier om de Heck Reaction in te zetten, stikstof gebruiken, een naar elektronen verlangend element, om de assemblage op voorheen ongebruikte manieren te volbrengen en complexe assemblages toegankelijk te maken. Met stikstof als reagens - het element dat de chemische reactie regelt - ontstonden nieuwe mogelijkheden.

"Alles waar Heck zich op richtte, is gebaseerd op op koolstof gebaseerde reagentia, "Watson zei. "We vragen, kan dit worden toegepast op andere elementen in het periodiek systeem? Het antwoord daarop is in het kort ja. Dat is wat we vinden... We hebben gekeken naar silicium, booratomen en, nu, stikstof, die direct relevant is voor de fabricage van bioactieve verbindingen."

Een bioactieve verbinding wordt gebruikt om een ​​specifieke biologische reactie in een levend organisme uit te lokken. De bioactieve stoffen in medicijnen, bijvoorbeeld, kan worden gebruikt om bacteriën te doden, bloeddruk verlagen of kankercellen doden.

Watson credits promovendus Feiyang Xu, de hoofdauteur van het artikel, met het vinden van het pad naar dit conversieproces.

"Ik zei, 'zou het niet geweldig zijn als we konden bedenken hoe we dit moesten doen?' En Feiyang bedacht het, ' zei Watson.

"We hebben de parameters onderzocht van wat is toegestaan, "Watson zei, "en het uitwerken van de regels van hoe deze nieuwe reacties werken. En dat is onze taak als fundamentele wetenschappers, om andere chemici te definiëren en hulpmiddelen te bieden, om erachter te komen waar die tools wel en niet werken en wat je met die tools kunt doen."

De sleutel tot het proces is het dwingen van stikstof om het bod van de chemicus uit te voeren in een draai die chemici 'ümpole' noemen.

"Alles heeft zijn eigen inherente activiteit, " zei promovendus Katerina M. Korch, die hielpen bij het ontwerpen van experimenten, ontwikkel een substraattabel (die de resultaten geeft van alle tests die op de bestudeerde verbindingen zijn gedaan) en schrijf het manuscript. "De ümpole doen, dwingt het iets te doen wat het van nature niet zou doen."

Van nature, stikstof is een elektronenvarken. In dit proces, de onderzoekers hebben elementen gemaakt waar stikstof niet genoeg elektronen heeft, sturen in de richting die nodig is voor dit proces.

"Met koolstof is dat gemakkelijk te doen, Watson zei. "Stikstof op deze manier laten gedragen bij dit soort reacties is het nieuwe dat we proberen te benutten."

Naarmate het werk vordert, Watson verwacht nog meer voordelen.

"Deze chemie wordt heel schaalbaar, " zei hij. "En het maakt gebruik van gemakkelijk beschikbare materialen."

Het Watson-team gebruikt UD's nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopiefaciliteiten om de moleculaire structuur van de materialen te observeren en te analyseren.

"Er zijn een miljoen manieren waarop je dingen kunt doen, Watson zei. „Maar sommige antwoorden eindigen beter dan anderen. Dit biedt een eenvoudigere manier om dingen voor te bereiden, met eenvoudigere uitgangsmaterialen en stroomlijnt hoe je toegang krijgt tot complexere moleculen."

Murray Johnston, adjunct-decaan van de Hogeschool voor de Kunsten en Wetenschappen en hoogleraar scheikunde, zei dat het verheugend was om te zien dat Watson en zijn groep de wetenschap van Heck bleven bevorderen.

"De basis gelegd door professor Heck blijft gedijen bij UD, " zei Johnston. "In Don Watson en zijn groep, we hebben een nieuwe generatie onderzoekers die deze chemie op slimme manieren aanpassen om bioactieve moleculen te maken."

En dat zou tot enorme vooruitgang kunnen leiden.

"Wat ons allemaal elke dag wakker maakt en ons motiveert om te doen wat we doen, is dit:er zijn veel medische behoeften in de wereld, " zei Watson. "Onze groep probeert hulpmiddelen te ontwikkelen zodat medicinale chemici die nieuwe medicijnen ontwikkelen over die hulpmiddelen beschikken om de verbindingen te maken die ze nodig hebben om ziekten te behandelen."