Moleculen zijn de bouwstenen voor onze moderne wereld, van telefoons tot auto's tot Doritos. Maar het bedenken van nieuwe is nog steeds een ongelooflijk kostbaar en tijdrovend proces. Een groep scheikundigen van de Universiteit van Chicago wil een betere manier vinden.

"Als je naar een diagram van een molecuul kijkt, het lijkt erop dat je ze gewoon in elkaar moet kunnen klikken zoals Tinkertoys, maar je kunt niet, " zei Asst. Prof. Mark Levin. "Daar willen we verandering in brengen."

Hun nieuwe ontdekking, gepubliceerd op 12 mei in Natuur , is een eerste stap op weg naar die transformatie:een manier om eenvoudig stikstofatomen uit moleculen te knippen.

Ondanks tientallen jaren van experimenten, scheikunde blijft in veel opzichten een kunst omdat moleculen in een lange, iteratief proces:het bevestigen van enkele onderdelen, dan andere breken, zodat je nieuwe onderdelen kunt patchen. Elke molecuul die we gebruiken, van de vezels in je vloerkleed tot de kleurstoffen die het kleurden tot de wasmiddelen die je gebruikt om het schoon te maken, is op deze manier gebouwd. Maar soms, de moleculen die in de tussenstappen of als bijproducten worden gecreëerd, zijn zeer giftig, of het hele proces kost veel tijd en elektriciteit.

Dit proces wordt nog arbeidsintensiever wanneer wetenschappers of medicijnfabrikanten op zoek zijn naar een nieuwe chemische stof, Levin zei, omdat ze zoveel opties moeten creëren om te testen.

"Stel dat je een nieuw medicijn wilt maken dat zich richt op een deel van de cel waarvan biologen hebben vastgesteld dat het belangrijk is voor hartziekten, "zei hij. "Normaal gesproken, je screent duizenden moleculen om er een paar te vinden die zich aan dat deel van de cel hechten. Dan ga je ze aanpassen, om de moleculen gemakkelijker door het lichaam op te nemen of om bijwerkingen te voorkomen. Elke keer dat je denkt, zeggen, 'Zou het beter werken met een koolstofatoom aan de ene kant in plaats van een stikstof?' je moet terug naar het begin en opnieuw beginnen met hoe je het moet bouwen."

De groep van Levin wil het veld transformeren door manieren te introduceren om het betreffende molecuul direct te bewerken. Er zijn een paar manieren om kleine bewerkingen aan de randen aan te brengen, Levin zei, maar wetenschappers zijn nog steeds op zoek naar technieken om grote veranderingen aan te brengen in de skeletten van moleculen.

De chemici van UChicago maakten een doorbraak in deze zoektocht, een manier vinden om een ​​stikstofatoom uit een molecuul te "verwijderen". Soortgelijke processen die momenteel worden gebruikt, genereren een zeer toxisch molecuul, maar de groep van Levin voegt in plaats daarvan een belangrijk reagens toe, of reactieve chemische stof, die de tussenstap omzeilt. De stikstof komt vrij als N2, en twee koolstofatomen smeden in plaats daarvan een binding.

Als nieuwe basismethode de ontdekking opent wegen voor het construeren van moleculen.

"Een ding dat je kunt doen, is nadenken over het maken van ringen op een nieuwe manier, met mogelijk minder stappen. Dat laat je de logica veranderen van hoe je dingen maakt, "Zei Levin. (Ringen van moleculen zijn een veel voorkomend ingrediënt in chemicaliën.)

Het proces werkt niet voor elk afzonderlijk molecuul, maar voor veel belangrijke wel. Bijvoorbeeld, Levin's groep testte de methode op lapatinib, een molecuul dat door de FDA is goedgekeurd als kankermedicijn, en was in staat om de compositie snel en gemakkelijk te bewerken.

"Een kant van deze ontdekking is dat je echt kunt werken met een klasse van reacties die grotendeels onderbenut was omdat ze gewoon verschrikkelijk zijn om mee te werken, ' zei Levin. 'Maar meer in het algemeen, we hopen dat het een transformatie vertegenwoordigt in het denken over hoe je een molecuul optimaliseert."