Moleculen met een centraal ringsysteem spelen een belangrijke rol bij de zoektocht naar actieve ingrediënten voor nieuwe farmaceutische producten – en het is belangrijk dat de ringen de juiste maat hebben om het gewenste product zo efficiënt mogelijk te kunnen vervaardigen.

Voor dit doel heeft een internationaal team van scheikundigen onder leiding van prof. Frank Glorius (Universiteit van Münster) en prof. Osvaldo Gutierrez (Texas A&M University, VS) een nauwkeurig en efficiënt hulpmiddel ontwikkeld dat gebruik maakt van 'skeletbewerking met één atoom'. Hun nieuwe aanpak bestaat uit het inbrengen van een enkel koolstofatoom in het koolstofskelet van cyclische verbindingen, waardoor de ringgrootte kan worden aangepast van vijf- tot zesledige ringen. De methode is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Catalysis .

De resultaten van de studie, zeggen de onderzoekers, openen de weg voor het ontwerp en de modificatie van complexe moleculaire structuren. Niet alleen onderzoek, maar ook industriële toepassingen in farmaceutische syntheses en materiaalkunde zouden allemaal van de resultaten kunnen profiteren.

Skeletbewerking is een methode die door scheikundigen wordt gebruikt om atomen binnen een ringsysteem te vervangen. ‘In eerdere benaderingen’, zegt Dr. Fu-Peng Wu van de Universiteit van Münster, ‘lag de focus op het inbrengen van stikstofatomen. Daarentegen is het inbrengen van een enkel koolstofatoom in een ring die volledig uit koolstof bestaat een enorme uitdaging. koolstofreagens moet compatibel zijn met verschillende functionele groepen die de chemische eigenschappen van het molecuul bepalen. Bovendien moet de verbinding stabiel, gemakkelijk te hanteren en vatbaar voor ongecompliceerde activering zijn. De afgelopen decennia is slechts een klein aantal van dergelijke reagentia ontwikkeld.

De groep onder leiding van Glorius maakte gebruik van zogenaamde fotoredox-katalyse, waarbij lichtenergie werd gebruikt om de reactie aan te sturen. Met behulp van speciale reactieve koolstoffragmenten (radicale carbines) stopten de onderzoekers afzonderlijke koolstofatomen met verschillende functionele groepen in indeen. Indeen is een uitgangsstof die veelvuldig wordt gebruikt bij de productie van organische verbindingen, net als het product naftaleen.

Gutierrez en zijn groep voerden mechanistische berekeningen uit om het onderliggende reactiemechanisme in de radicale keten te detecteren. Zoals postdoc Dr. Remy Lalisse zegt:"Onze berekeningen lijken te suggereren dat de reactie plaatsvindt via een initiële toevoeging van een diazomethylradicaal aan indeen."

Meer informatie: Fu-Peng Wu et al, Ringexpansie van indeen door fotoredox-geactiveerde gefunctionaliseerde koolstofatoominsertie, Natuurkatalyse (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01089-x

Journaalinformatie: Natuurkatalyse

Aangeboden door Universiteit van Münster