Ondanks dat het enkele van de meest veelzijdige bouwstenen in de organische chemie zijn, kunnen verbindingen die carbenen worden genoemd, te heet zijn om te hanteren. In het laboratorium vermijden scheikundigen vaak het gebruik van deze zeer reactieve moleculen vanwege hoe explosief ze kunnen zijn.

Maar in een nieuwe studie, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Science , rapporteren onderzoekers van de Ohio State University over een nieuwe, veiligere methode om deze kortlevende, energierijke moleculen om te zetten in veel stabielere moleculen.

"Carbenen bevatten ongelooflijk veel energie", zegt David Nagib, co-auteur van de studie en hoogleraar scheikunde en biochemie aan de staat Ohio. "De waarde daarvan is dat ze scheikunde kunnen doen die je gewoon niet op een andere manier kunt doen."

Leden van het Nagib Lab zijn zelfs gespecialiseerd in het gebruik van reagentia met zo'n hoge chemische energie en hebben geholpen bij het uitvinden van een groot aantal nieuwe stoffen en technieken die anders chemisch onbereikbaar zouden zijn.

In deze studie ontwikkelden de onderzoekers katalysatoren gemaakt van goedkope, aardrijke metalen, zoals ijzer, koper en kobalt, en combineerden ze deze om hun nieuwe methode om carbeen te benutten te vergemakkelijken.

Ze waren in staat om deze nieuwe strategie met succes te gebruiken om de kracht van reactieve carbenen te kanaliseren om waardevolle moleculen op grotere schaal en veel sneller te fabriceren dan traditionele methoden. Nagib vergeleek deze sprong met ingenieurs die uitvonden hoe ze staal konden gebruiken om wolkenkrabbers te bouwen in plaats van metselwerk.

Een moleculair kenmerk dat chemici bijvoorbeeld moeilijk hebben kunnen creëren, is cyclopropaan, een kleine, gespannen ring van gedraaide chemische bindingen die in sommige medicijnen worden aangetroffen. Meer recentelijk is cyclopropaan gebruikt als een belangrijk ingrediënt in de orale antivirale pil Paxlovid. Gebruikt om COVID-19 te behandelen, vermindert de pil de ernst van de ziekte door te voorkomen dat het virus zich vermenigvuldigt, in plaats van het volledig te doden.

Hoewel het moeilijk was om het cyclopropaan dat nodig is om het medicijn te maken, in grote hoeveelheden te maken, zei Nagib dat hij gelooft dat de nieuwe methode van zijn laboratorium kan worden toegepast om het medicijn sneller en op grotere schaal te maken. "Onze nieuwe methode zal een betere toegang bieden tot tientallen soorten cyclopropanen voor opname in allerlei soorten medicijnen om ziekten te behandelen," zei hij.

Hoewel het onderzoek van het team potentiële toepassingen heeft buiten het farmaceutische domein, zoals landbouwchemicaliën, zei Nagib dat hij zeer gepassioneerd is over hoe hun tool de ontdekking van nieuwe, gerichte medicijnen zou kunnen versnellen. "Je zou onze methoden technisch op alles kunnen toepassen", zei hij. "Maar in ons laboratorium zijn we meer geïnteresseerd in toegang tot nieuwe soorten, krachtigere medicijnen."

Nagib voorspelt dat met behulp van het proces dat zijn team heeft ontwikkeld, een chemisch reagens dat momenteel 10 of 12 stappen nodig heeft om te maken (met explosieve tussenproducten), in vier of vijf kan worden gedaan, waardoor bijna 75% van de tijd die nodig is om te fabriceren wordt uitgeschakeld.

Over het algemeen zei Nagib dat hij hoopt dat dit onderzoek andere chemici zal helpen hun werk te doen.

"Er zijn veel echt geweldige wetenschappers over de hele wereld die dit soort chemie doen en met behulp van onze tool zouden ze mogelijk een veiliger laboratorium kunnen hebben," zei Nagib. "De smaak van wetenschap die we doen, de meest bevredigende beloning is wanneer andere mensen onze chemische methoden gebruiken om belangrijke moleculen beter te maken."

Andere co-auteurs waren Lumin Zhang, een voormalig postdoctoraal onderzoeker, evenals Bethany M. DeMuynck, Alyson N. Paneque en Joy E. Rutherford, allemaal afgestudeerde studenten in de afdeling scheikunde en biochemie en leden van het Nagib Lab. + Verder verkennen

Een beter passende moleculaire 'riem' voor het maken van nieuwe medicijnen