De functie van moleculen die in geneesmiddelen worden gebruikt, hangt gedeeltelijk af van hun structuur, inclusief de vele chemische bindingen tussen hun atomen. Deze moleculen kunnen worden opgebouwd via verschillende chemische reacties, waarvan de meeste traag en inefficiënt zijn omdat ze afhankelijk zijn van de vorming van één chemische binding tegelijk. Ramesh Giri, Weinreb Early Career Professor of Chemistry aan Penn State, heeft een reactie ontwikkeld die twee koolstofbindingen tegelijk creëert tussen atomen in een configuratie die een alkeen wordt genoemd met behulp van kleine hoeveelheden nikkel, een duurzame en overvloedige katalysator.

Een paper waarin de reactie wordt beschreven, is onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society . We spraken met Giri over dit onderzoek:

Vraag:Waaruit bestaat de structuur van het medicijnmolecuul?

Giri:De meeste medicijnmoleculen bevatten veel koolstofatomen in hun structuren. Een meerderheid van deze koolstoffen is verbonden door koolstof-koolstofbindingen om een ​​basisraamwerk van het medicijnmolecuul te vormen, net zoals de vele botten in het menselijk lichaam met elkaar verbonden zijn om een ​​skelet te vormen. Het koolstofskelet van een medicijnmolecuul fungeert als een platform voor het vasthouden van chemische componenten die bekend staan ​​als functionele groepen die functionele eigenschappen aan het medicijn verlenen.

Vraag:Wat was uw motivatie voor dit onderzoek?

Giri:De koolstofskeletten van medicijnmoleculen worden gemaakt door verschillende koolstofbronnen samen te stellen met behulp van reacties die nieuwe bindingen tussen atomen vormen, meestal één band per keer. Vaak, het proces van het synthetiseren van geneesmiddelen wordt daarom langdurig en vervelend met de betrokkenheid van meerdere chemische stappen met verschillende reactietussenproducten, behandeling van een groot aantal chemicaliën, en het genereren van hoeveelheden chemisch afval. We ontwikkelen nieuwe, milieuvriendelijke chemische transformaties die sneller, het genereren van meerdere bindingen in één stap en het drastisch verminderen van het aantal algemene stappen.

Vraag:Wat waren de belangrijkste resultaten van dit onderzoek?

Giri:We hebben een reactie ontwikkeld die alkeendialkylering wordt genoemd en die twee koolstof-koolstofbindingen creëert over een alkeen met behulp van nikkel, een duurzaam en aardrijk metaal, als katalysator om de reactie te versnellen. De reactie is ongelooflijk efficiënt omdat deze wordt uitgevoerd met een veel kleinere hoeveelheid katalysator dan normaal. We gebruiken 500-2000 delen per miljoen (ppm) nikkel vergeleken met 50, 000 tot 100, 000 ppm katalysator in vergelijkbare reacties. Onze methode stelt ons in staat om snel complexe moleculen te synthetiseren uit gemakkelijk verkrijgbare basischemicaliën.

V:Waarom is dit belangrijk?

Giri:Er zijn drie belangrijke aspecten van deze nieuwe reactie:a) de reactie gebruikt een duurzaam en aardrijk metaal als katalysator, b) de reactie gebruikt de katalysator in extreem lage concentraties, waardoor dit proces de meest efficiënte alkeen-difunctionalisatiereactie tot nu toe is, en c) de nieuwe katalytische toestand lost een van de meest dringende uitdagingen in alkeendifunctionalisatie op door twee functionele sites tegelijk toe te voegen. Het gebruik van duurzaam en aardrijk metaal als katalysator zal een brede impact hebben bij de synthese en productie van geneesmiddelen, waarbij de kosten, beschikbaarheid, en de hoeveelheid van de katalysator laat een grote voetafdruk achter op de prijzen van de geneesmiddelen.

V:Welke vragen moeten nog worden beantwoord?

Giri:Hoewel de huidige reactie een grote vooruitgang maakt op dit onderzoeksgebied, de reikwijdte is nog steeds beperkt tot twee klassen van moleculen, alkenylarenen en benzylhalogeniden. Hoewel deze moleculen tot de grootste klassen van eenvoudige en gemakkelijk verkrijgbare basischemicaliën behoren, toekomstig werk moet worden gericht op het uitbreiden van de reikwijdte naar de algemene klasse van alkenen, in het bijzonder klassen die lineaire niet-geactiveerde alkenen en alkylhalogeniden worden genoemd.