In een recente studie gepubliceerd in Science , hebben vier organische chemici van RIKEN een manier bedacht om isomeren van een belangrijke groep aromatische verbindingen selectief te synthetiseren. Dit belooft het mogelijk te maken om chemicaliën voor medicijnen, meststoffen en polymeren te produceren zonder dure scheidingsprocedures uit te voeren.

Bij het maken van chemische verbindingen kan het plaatsen van een chemische groep op de verkeerde positie van een benzeenring ernstige gevolgen hebben. "Mensen kunnen sterven als de positie verkeerd is", beweert Laurean Ilies van het RIKEN Centre for Sustainable Resource Science (CSRS). "De ene vorm van vanilline is bijvoorbeeld de chemische stof die vanille zijn smaak geeft, terwijl een andere behoorlijk giftig is."

De benzeenring is zeshoekig met een koolstofatoom op elk van de zes hoekpunten. Omdat alle koolstofatomen identiek zijn, maakt het niet uit welke de eerste chemische groep accepteert die aan de ring wordt toegevoegd.

Complexiteit ontstaat wanneer je een tweede groep toevoegt omdat deze zich aan elk van de vijf koolstofatomen kan hechten:de twee die grenzen aan de eerste groep (om de ortho-isomeer te geven), degene die er diametraal tegenover staat (de para-isomeer), of de twee koolstofatomen ertussen deze twee (de meta-isomeer; Fig. 1). De resulterende isomeren hebben identieke chemische formules, maar ondergaan vaak zeer verschillende biochemische reacties.

Het is relatief eenvoudig om de twee sites die grenzen aan de eerste groep te blokkeren, maar organische chemici hebben moeite gehad om algemene strategieën te bedenken om de meta-isomeer selectief te synthetiseren.

Nu hebben Ilies, Sobi Asako en twee collega's, allemaal van CSRS, een iridiumkatalysator geproduceerd met een ligand die zowel de aangrenzende als de tegenoverliggende plaatsen blokkeert, zodat alleen het meta-isomeer in significante hoeveelheden wordt geproduceerd. Deze methode kan worden gebruikt om groepen aan benzeenringen toe te voegen en verbindingen te produceren die worden gebruikt voor meststoffen, polymeren en fijnchemicaliën, evenals voor medicijnen.

Het team demonstreerde het potentieel van hun katalysator door deze te gebruiken om verschillende farmaceutische moleculen te functionaliseren met zeer hoge selectiviteiten. "We waren verrast hoe goed het werkte", zegt Ilies. "Het is heel bevredigend, want het kostte ons ongeveer drie jaar onderzoek om deze aanpak te ontwikkelen."

De aanpak is zeer algemeen en kan worden gebruikt op een grote verscheidenheid aan substraten. "We kwamen erachter dat met deze methode een behoorlijk grote verscheidenheid aan substraten kan worden gefunctionaliseerd", zegt Ilies. "Misschien was dit het beste nieuws."

Het dakachtige ligand is geïnspireerd door de natuur, omdat het de werking nabootst van enzymen die zakken hebben om de synthese van biomoleculen van het juiste isomeer te sturen.

Het team wil deze strategie nu uitbreiden naar een grotere verscheidenheid aan moleculen en verschillende selectiviteiten. + Verder verkennen

'Spring-loaded' systeem laat fosfor in moleculaire ringen knallen