Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Licht stimuleert een nieuwe wending in de synthetische chemie

De in dit onderzoek gesynthetiseerde moleculen vormen verschillende isomeren wanneer ze worden bestraald met blauw licht. (Foto:Akira Katsuyama). Credit:Akira Katsuyama

Moleculen die door licht worden aangezet om omvangrijke groepen rond centrale bindingen te roteren, kunnen worden ontwikkeld tot foto-geactiveerde bioactieve systemen, moleculaire schakelaars en meer.



Onderzoekers van de Universiteit van Hokkaido, onder leiding van assistent-professor Akira Katsuyama en professor Satoshi Ichikawa van de Faculteit Farmaceutische Wetenschappen, hebben de toolkit van de synthetische chemie uitgebreid door een nieuwe categorie moleculen te maken die kunnen worden geïnduceerd om een ​​interne rotatie te ondergaan bij interactie met licht. Er wordt aangenomen dat soortgelijke processen belangrijk zijn in sommige natuurlijke biologische systemen.

Synthetische versies kunnen worden benut om fotochemische schakelfuncties uit te voeren in moleculaire computer- en detectietechnologieën of in bioactieve moleculen, waaronder medicijnen. Hun rapport is in behandeling bij Nature Chemistry .

"Het realiseren van een systeem als het onze is een grote uitdaging geweest in de fotochemie", zegt Katsuyama. "Het werk levert een belangrijke bijdrage aan een opkomend veld van moleculaire manipulatie."

Inzichten in de mogelijkheden van licht om moleculaire conformaties significant te veranderen zijn voortgekomen uit het onderzoeken van enkele natuurlijke eiwitten. Deze omvatten de rodopsinemoleculen in het netvlies van het oog, die een cruciale rol spelen bij het omzetten van licht in de elektrische signalen die ons gezichtsvermogen in de hersenen creëren. Er komen steeds meer details naar boven over hoe de absorptie van lichtenergie een draaiende herschikking kan teweegbrengen van een deel van het rodopsinemolecuul dat nodig is om zijn biologische functie te vervullen.

"Door dit na te bootsen in synthetische systemen kunnen schakelaars op moleculair niveau ontstaan ​​met een verscheidenheid aan mogelijke toepassingen", legt Katsuyama uit.

In dit onderzoek werden zwavel- of seleniumatomen in een benzamidederivaat geïntroduceerd (boven). De resulterende moleculen ondergingen isomerisatie bij blootstelling aan licht of hitte. (Shotaro Nagami, et al. Natuurchemie . 28 februari 2024). Krediet:Shotaro Nagami, et al. Natuurchemie . 28 februari 2024

Een belangrijke innovatie van het Hokkaido-team was het bereiken van foto-geïnduceerde (d.w.z. door licht aangedreven) rotatie van moleculaire groepen rond een reeks chemische bindingen waarin een stikstofatoom samen met andere gebonden koolstofatomen is opgenomen.

De rotatie-eigenschappen werden mogelijk gemaakt door moleculaire componenten die een atoom uit de 'chalcogeen'-groep van elementen in het periodiek systeem bevatten, met name zwavel of selenium, toe te voegen aan een eenvoudig organisch molecuul:een amideverbinding. Dit bracht een nieuw niveau van controle en veelzijdigheid voor synthetische foto-geïnduceerde rotatiesystemen.

Sommige van de chemische groepen die rond de centrale bindingen roteren, waren relatief groot, gebaseerd op ringen van zes gebonden koolstofatomen. Dit vergemakkelijkte de grootschalige moleculaire veranderingen die nodig zouden kunnen zijn voor praktisch gebruik in moleculaire schakelsystemen.

Naast het aantonen van de door foto's veroorzaakte veranderingen, voerde het team ook theoretische berekeningen uit die inzicht gaven in de waarschijnlijke mechanismen waarmee de herschikkingen plaatsvonden. Het team onderzocht ook de effecten van temperatuur op de transformaties. De combinatie van theoretisch en experimenteel werk zou toekomstig onderzoek moeten helpen richting te geven aan het onderzoeken en controleren van wijzigingen in de reeds gerealiseerde systemen.

"Onze volgende onderzoeksprioriteit is gericht op het potentieel van onze methoden voor het maken van nieuwe bioactieve moleculen die door licht worden geactiveerd. Deze kunnen worden toegepast in biologisch onderzoek of mogelijk worden ontwikkeld als medicijnen", besluit Ichikawa.

Door licht te gebruiken om de conformatieveranderingen te activeren, kunt u bepalen waar en wanneer de veranderingen plaatsvinden. Dit zou van vitaal belang kunnen zijn voor nauwkeurig gerichte toepassingen in biologische systemen, inclusief eventuele therapeutische mogelijkheden.

Een versie van het onderzoek is beschikbaar in het tijdschrift ChemRxiv pre-printserver.

Meer informatie: Shotaro Nagami et al., Foto-geïnduceerde geconcerteerde dubbele enkelvoudige bindingsrotatie van een stikstofhoudend systeem gerealiseerd door Chalcogen-substitutie, ChemRxiv (2022). DOI:10.26434/chemrxiv-2022-4hq5r

Shotaro Nagami et al, Foto-geïnduceerde rotatie van dubbele bindingen van een stikstofhoudend systeem gerealiseerd door chalcogeensubstitutie, Natuurchemie (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01461-9, www.nature.com/articles/s41557-024-01461-9

Journaalinformatie: Natuurchemie

Aangeboden door Hokkaido Universiteit




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Het is onthuld dat liefdeshormoon hartgenezende eigenschappen heeft
  2. Kaarten uit de Eerste Wereldoorlog helpen de geschiedenis van kelpbossen in Pacific Northwest te volgen
  3. Verschillen tussen codering en sjabloonstrengen
  4. Onderzoekers identificeren gen om hybride tarweveredeling te helpen
  5. Ontdekking van nieuwe soorten microfossielen kan eeuwenoude wetenschappelijke vragen beantwoorden
  6. Hadeda ibissen zesde zintuig werkt het beste op natte grond:nieuw onderzoek is een wake-up call voor het voortbestaan ​​van waadvogels
  7. Zien is geloven:wetenschappers onthullen connectoom van het visuele systeem van de fruitvlieg
  8. De fabrieksproductie afremmen kan averechts werken, studie vondsten
  9. Het verkennen van een oude gebeurtenis in pompoen, evolutie van kalebas en meloen

Wetenschap