De scheikundigen van de Northwestern University hebben zichtbaar licht en extreem kleine nanodeeltjes gebruikt om snel en eenvoudig moleculen te maken die van dezelfde klasse zijn als veel hoofdverbindingen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen.

Gedreven door licht, de nanodeeltjeskatalysatoren voeren chemische reacties uit met zeer specifieke chemische producten - moleculen die niet alleen de juiste chemische formules hebben, maar ook specifieke rangschikkingen van hun atomen in de ruimte hebben. En de katalysator kan worden hergebruikt voor aanvullende chemische reacties.

De halfgeleider nanodeeltjes staan ​​bekend als quantum dots - zo klein dat ze maar een paar nanometer groot zijn. Maar het kleine formaat is kracht, waardoor het materiaal aantrekkelijke optische en elektronische eigenschappen krijgt die op grotere lengteschalen niet mogelijk zijn.

"Quantum dots gedragen zich meer als organische moleculen dan metalen nanodeeltjes, " zei Emily A. Weiss, die het onderzoek leidde. "De elektronen worden in zo'n kleine ruimte geperst dat hun reactiviteit de regels van de kwantummechanica volgt. We kunnen hiervan profiteren, samen met de sjabloonkracht van het oppervlak van nanodeeltjes."

Dit werk, onlangs gepubliceerd door het tijdschrift Natuurchemie , is het eerste gebruik van het oppervlak van een nanodeeltje als sjabloon voor een door licht gestuurde reactie, een cycloadditie genaamd, een eenvoudig mechanisme om zeer ingewikkelde, potentieel bioactieve stoffen.

"We gebruiken onze nanodeeltjeskatalysatoren om toegang te krijgen tot deze gewenste klasse van moleculen, tetragesubstitueerde cyclobutanen genoemd, door eenvoudig, eenstapsreacties die niet alleen de moleculen met een hoge opbrengst produceren, maar met de rangschikking van atomen die het meest relevant zijn voor de ontwikkeling van geneesmiddelen, " zei Weiss. "Deze moleculen zijn moeilijk op een andere manier te maken."

Weiss is de Mark en Nancy Ratner hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences. Ze is gespecialiseerd in het besturen van door licht gestuurde elektronische processen in kwantumdots en deze te gebruiken om lichtgestuurde chemie met ongekende selectiviteit uit te voeren.

De katalysatoren van nanodeeltjes gebruiken energie van zichtbaar licht om moleculen op hun oppervlak te activeren en ze samen te smelten om grotere moleculen te vormen in configuraties die nuttig zijn voor biologische toepassingen. Het grotere molecuul laat dan gemakkelijk los van het nanodeeltje, het vrijmaken van het nanodeeltje om opnieuw te worden gebruikt in een andere reactiecyclus.

In hun studie hebben Weiss en haar team gebruikten nanodeeltjes van drie nanometer gemaakt van de halfgeleider cadmiumselenide en een verscheidenheid aan startermoleculen die alkenen worden genoemd in oplossing. Alkenen hebben dubbele koolstof-koolstofbindingen die nodig zijn om de cyclobutanen te vormen.

De studie is getiteld "Regio- en diastereoselectieve intermoleculaire [2+2] cycloaddities gefotokatalyseerd door kwantumdots."