Als het om chemische reacties gaat, heeft fluor de reputatie een 'magisch kogelatoom' te zijn vanwege zijn vermogen om de opname van een medicijn te vergroten en de levensduur ervan te verlengen. Traditionele methoden om het aan verbindingen toe te voegen, brengen echter dure materialen met zich mee en kunnen moeilijk uit te voeren zijn.

Wetenschappers van Rice University ontwikkelden een betrouwbaar en kosteneffectief proces voor het toevoegen van fluor aan moleculen voor verhoogde farmaceutische medicijnefficiëntie met behulp van een ijzer- en zwavelreactie. Dat blijkt uit een onderzoek gepubliceerd in Nature Chemistry kan de door licht geactiveerde reactie zowel worden gebruikt om fluor vrij te maken uit carbonzuren als om het op te nemen in alkenen ⎯ algemene bouwstenen voor farmaceutische en andere chemische producten. De chemische route die door Rice-onderzoekers is ontwikkeld, betekent een nieuwe formule voor eenvoudiger, goedkopere en effectievere fluorering.

"Het geheim van veel belangrijke medicijnen, van Prozac tot Lipitor, is een atoom dat fluor wordt genoemd", zegt Julian West, de Norman Hackerman-Welch Young Investigator en assistent-professor in de scheikunde. "Wanneer dit kleine atoom aan medicijnmoleculen wordt gehecht, kan het ervoor zorgen dat de behandelingen sneller en langer werken en met minder bijwerkingen. Maar het is moeilijk om fluor te hechten bij het maken van medicijnen. Bestaande processen vereisen vaak chemicaliën die erg duur zijn, gevaarlijk reactief en die gewoon niet werken." werkt niet zo goed."

De Westerse onderzoeksgroep vroeg zich af of ze een manier konden vinden om fluor aan moleculen toe te voegen via een goedkoop, efficiënt en veilig proces.

"Dit was een groots idee toen we in 2019 met onze onderzoeksgroep begonnen, maar we hadden er alle vertrouwen in dat we het konden doen nadat we ontdekten dat ijzer en zwavel kunnen samenwerken om een ​​soort reactie te creëren die decarboxylering wordt genoemd. ," zei West.

In tegenstelling tot de uitgangsmaterialen van edelmetalen die worden gebruikt om moleculen voor een verscheidenheid aan industrieën te synthetiseren, zijn meer gebruikelijke elementen zoals ijzer en zwavel gemakkelijk toegankelijk, goedkoop en overal ter wereld overvloedig aanwezig. Eerder dit jaar ontdekte de West-onderzoeksgroep dat wanneer het licht op ijzer en zwavel schijnt, ze met elkaar omgaan als rumoerige barbezoekers die in een gevecht uitbarsten met voldoende energie om carbonzuurmoleculen uiteen te breken, waardoor fluoratomen vrijkomen voor gebruik elders. P>

"Carboxylzuren zijn overal; ze zijn goedkoop, beschikbaar en winterhard", zei West. "Het probleem is dat hun stabiliteit het moeilijk maakt om ze in bruikbare delen op te splitsen. Als ijzer en zwavel deze veel voorkomende materialen zouden kunnen decarboxyleren, waardoor hun fluoratomen beschikbaar zouden komen, dan zouden we naar de races gaan."

Toen de onderzoekers eenmaal hadden bepaald hoe ze het fluor uit deze stabiele verbindingen konden vrijmaken, moesten ze vervolgens bedenken hoe ze het op een effectieve en veilige manier opnieuw konden bevestigen. Rijstdoctoraalstudent Yen-Chu Lu en scheikundestudent Kang-Jie (Harry) Bian ontdekten dat gefluoreerde carbonzuren konden reageren met alkenen, een ander veel voorkomend onderdeel van medicijnmoleculen.

"Alkenen worden het meest gebruikt om de medicijnen samen te stellen, omdat ze in veel verschillende dingen kunnen worden omgezet, zoals een basis waarop complexere onderdelen kunnen worden gebouwd," zei West. "Yen-Chu en Harry ontdekten dat dezelfde ijzer- en zwavelcombinatie die het carbonzuur kraakte, de hechting van het nieuw onthulde fluorfragment aan alkenen zou kunnen vergemakkelijken."

De nieuwe strategie is niet alleen snel, eenvoudig en veilig, maar lijkt ook toepasbaar op een breed scala aan toepassingen.

"Als je een ander stukje fluor wilt toevoegen, doe er dan gewoon een ander carbonzuur in", zei West.

Lu en Bian werkten samen met Rice-student Shih-Chieh Kao en studenten Xiaowei Chen en David Nemoto Jr. om de strategie aan een stresstest te onderwerpen.

"Ze hebben deze aanpak echt tot het uiterste gedreven en hebben de grenzen nog niet ontdekt", zei West. "Het team heeft fantastisch werk geleverd en ik heb het geluk zulke creatieve collega's in onze groep te hebben."

Meer informatie: Bian, KJ. et al, Fotokatalytische hydrofluoralkylering van alkenen met carbonzuren, Natuurchemie (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01365-0. www.nature.com/articles/s41557-023-01365-0

Journaalinformatie: Natuurchemie

Aangeboden door Rice University