Een door Cornell geleide samenwerking zet de schakelaar op traditionele synthetische chemie om door elektriciteit te gebruiken om een ​​nieuwe chemische reactie aan te drijven die chemici die voorheen op conventionele methoden vertrouwen, stomverbaasd waren.

Deze nieuwe reactie - gedetailleerd in de krant van het team, "Dubbele elektrokatalyse maakt enantioselectieve hydrocyanering van geconjugeerde alkenen mogelijk, " gepubliceerd 29 juni in Natuurchemie — de productie van een groot aantal nieuwe, goedkope medicijnen.

Het project was een samenwerking tussen co-senior auteurs Song Lin en Robert A. DiStasio Jr., beide assistent-professoren scheikunde en chemische biologie aan de Hogeschool voor de Kunsten en Wetenschappen.

Lin's lab onderzoekt de mogelijke toepassingen van elektrochemie, die chemische reacties aanstuurt met spanning in plaats van de reagentia die de voorkeur genieten van traditionele organische chemie. Die reagentia kunnen duur en moeilijk te controleren zijn op grotere schaal. En hoewel elektrochemie vaak wordt gebruikt in batterij- en energieonderzoek, het wordt minder vaak gebruikt in chemische synthese.

Lin heeft zich met name gericht op het gebruik van elektrokatalyse om chirale moleculen te creëren - moleculen die niet-superponeerbare spiegelbeelden van elkaar zijn (vaak links- en rechtshandig genoemd) en vrij algemeen voorkomend in de medicinale chemie. Voor dit project, zijn groep werkte samen met farmaceutisch bedrijf Eli Lilly om specifieke reactietransformaties te identificeren die zouden kunnen worden gericht om goedkope voorlopers voor nieuwe medicijnen te creëren.

In dit werk, Lin en zijn team ontwikkelden een katalysator die asymmetrische katalyse uitvoert - een manier om chemische reacties naar een specifiek chiraal product te sturen (bijv. productie van de rechtshandige versie van een chiraal molecuul in plaats van de linkshandige).

"Hierdoor konden we de selectiviteit van de reactie echt verbeteren, zodat u een product krijgt dat puur genoeg is om te gebruiken, mogelijk, voor het ontdekken van geneesmiddelen, Lin zei. "Hoewel dit werk niet noodzakelijk de manier verandert waarop de medicijnen worden vervaardigd, het geeft ons toegang tot een grote verscheidenheid aan analogen."

De onderzoekers waren in staat om twee verschillende reacties te combineren - door kobalt gemedieerde waterstofatoomoverdracht en door koper gestimuleerde radicale cyanering - op een alkeensubstraat met behulp van een dubbele katalytische strategie.

"We hebben twee verschillende katalysatoren in het systeem, en elk van hen vervult een specifieke rol, Lin zei. "Elektrochemie stelt ons in staat om deze twee chemische systemen naadloos te combineren, en voeden meerdere chemische cycli of verschillende oxidatiegebeurtenissen in hetzelfde reactiesysteem."

De reactie die het gevolg was - asymmetrische hydrocyanering van alkenen - is organische chemici al tientallen jaren ontgaan. Nutsvoorzieningen, door de ondergrond te variëren, ze kunnen de moleculaire structuur van een commercieel medicijn aanpassen en nieuwe variëteiten creëren.

Om het mechanisme achter deze lang gezochte reactie beter te begrijpen, Lin wendde zich tot DiStasio, wiens lab gespecialiseerd is in theoretische chemie. Bijzonder relevant is het werk dat DiStasio en zijn groep hebben gedaan om de niet-gebonden (of niet-covalente) interacties tussen moleculen te beschrijven en te begrijpen.

"Na het uitvoeren van een aantal gedetailleerde kwantummechanische berekeningen op dit systeem, het werd ons duidelijk dat de koperkatalysator een nogal interessant en dichotoom karakter heeft, " zei DiStasio. "Door zowel aantrekkelijke als afstotelijke niet-covalente interacties te combineren, deze katalysator maakt een zeer moeilijke, maar enorm handig, chemische reactie."