Hokkaido University WPI-ICReDD-onderzoekers ontwikkelden een modulaire katalysator die vetzuurderivaten nauwkeurig kan modificeren op een tot nu toe ontoegankelijke positie. Dit maakt de efficiënte productie van waardevolle verbindingen uit een hernieuwbare biobron mogelijk, terwijl we voorheen ofwel moesten vertrouwen op aardoliebronnen of ingewikkelde en kostbare methoden moesten gebruiken.

Veel geneesmiddelen en kunststoffen bestaan ​​uit een ruggengraat die in wezen een keten van koolstofatomen is met modificaties binnen hun koolwaterstofraamwerk. Voor hun productie, vetzuren zijn aantrekkelijke grondstof omdat ze gemakkelijk toegankelijk zijn, hernieuwbare natuurlijke hulpbronnen die bestaan ​​uit een keten van koolstofatomen die zijn bevestigd aan een functionele groep die carboxylgroep wordt genoemd. Echter, ons vermogen om deze ketens te modificeren is tot nu toe beperkt tot koolstofatomen op slechts één of twee atomen verwijderd van de carboxylgroep. Professor Masaya Sawamura van Hokkaido University's Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) legt uit:"De op deze manier verkregen chemische materialen zijn beperkt tot die met vrij eenvoudige structuren, en om bruikbare verbindingen te synthetiseren, meerstapsprocessen zijn noodzakelijk."

Voortbouwend op eerdere studies, De groep van Sawamura construeerde een katalysator die bestaat uit een iridiumatoom in de kern en verschillende modules die ervoor zorgen dat een vetzuurderivaat - vetzuuramide of -ester in dit geval - precies zo wordt gepositioneerd dat de CH-binding zich drie koolstofatomen verwijderd van de carboxylgroep is gemodificeerd. Bovendien, terwijl elke C-H-binding in een vetzuurderivaat op twee manieren kan worden gewijzigd, het geven van verbindingen die spiegelbeelden van elkaar zijn, de door het team ontwikkelde katalysator produceert slechts één van de twee mogelijke producten, wat een belangrijk attribuut is, vooral voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. Om de breedte van mogelijke wijzigingen verder te vergroten, de onderzoekers proberen verschillende modules in hun katalysator te gebruiken om de manier waarop het substraat in de katalysator wordt gepositioneerd te veranderen om verschillende modificaties mogelijk te maken.

In hun artikel gepubliceerd in Wetenschap , het team toonde aan dat hun aanpak werkt met verschillende substraten en een groot aantal bruikbare derivaten kan produceren. In aanvulling, ze gebruikten kwantumchemische berekeningen om de precieze structuur en functie van hun katalysator te onderzoeken die de waargenomen reactiviteit en selectiviteit aanstuurde. De resultaten bevestigden dat de katalysator een diepe zak heeft die het substraat bindt door interacties tussen een van zijn subeenheden en de carbonylgroep van het substraat, en houdt het op zijn plaats om de specifieke reactie te vergemakkelijken - een kenmerk dat analoog is aan natuurlijke enzymen.

"De modulaire katalysator maakte de plaatsselectieve modificatie van vetzuuramiden en -esters mogelijk, waarvan sommige bioactieve verbindingen zijn. Deze eenvoudige, modulair, en breed toepasbaar katalytisch systeem maakt de introductie van structurele en chemische complexiteit mogelijk in de koolwaterstofketen van gemakkelijk verkrijgbare grondstofchemicaliën, ", zegt Ronald Reyes van het onderzoeksteam. Centraal in het succes van deze inspanningen staat een combinatie van experimenten en berekeningen. Sawamura zegt:"De accumulatie van experimentele kennis is een bron van grote inspiratie, maar met de steun van computerchemie kunnen we dit in de nabije toekomst realiseren."