Эта новая реакция, подробно описанная в статье группы «Двойной электрокатализ, обеспечивающей энантиоселективное гидроцианирование конъюгированных алкенов», опубликованной 29 июня в журнале Nature Chemistry, может стимулировать производство множества новых недорогих лекарств.
Проект был результатом сотрудничества соавторов Сон Линь и Роберта А. DiStasio Jr., оба доцента химии и химической биологии в Колледже искусств и наук.
Лаборатория Лина изучает потенциальные применения электрохимии, которая управляет химическими реакциями под напряжением, а не реагентами, предпочитаемыми традиционной органической химией. Эти реагенты могут быть дорогими, и их трудно контролировать в больших масштабах.
И хотя электрохимия часто используется в исследованиях аккумуляторов и энергии, она реже используется в химическом синтезе.
Лин был особенно сосредоточен на использовании электрокатализа для создания хиральных молекул – молекул, которые представляют собой несовместимые зеркальные изображения друг друга (часто называемые левыми и правыми) и довольно распространены в медицинской химии. Для этого проекта его группа объединилась с фармацевтической компанией Eli Lilly, чтобы определить конкретные реакции трансформации, которые могут быть нацелены на создание недорогих прекурсоров для новых лекарств.
В этой работе Лин и его команда разработали катализатор, который выполняет асимметричный катализ – способ управления химическими реакциями в направлении определенного хирального продукта (e.грамм., производство правой версии хиральной молекулы вместо левой).
«Это действительно позволило нам улучшить селективность реакции, так что вы можете получить продукт, достаточно чистый, чтобы его можно было использовать, возможно, в целях открытия лекарств», – сказал Линь. «Хотя эта работа не обязательно меняет способ производства лекарств, она дает нам доступ к большому количеству аналогов."
Исследователи смогли объединить две разные реакции – опосредованный кобальтом перенос атома водорода и радикальное цианирование под действием меди – на алкеновом субстрате, используя двойную каталитическую стратегию.
«У нас есть два разных катализатора в системе, и каждый из них играет определенную роль», – сказал Линь. «Электрохимия позволяет нам легко комбинировать эти две химические системы и обеспечивать работу нескольких химических циклов или различных процессов окисления в одной и той же реакционной системе."
Возникшая в результате реакция – асимметричное гидроцианирование алкенов – на протяжении десятилетий ускользала от химиков-органиков.
Теперь, варьируя субстрат, они могут изменять молекулярную структуру коммерческого препарата и создавать новые разновидности.
Чтобы лучше понять механизм этой долгожданной реакции, Лин обратился к ДиСтазио, чья лаборатория специализируется на теоретической химии.
Особенно важна работа ДиСтазио и его группы по описанию и пониманию несвязанных (или нековалентных) взаимодействий, которые происходят между молекулами.
«После выполнения ряда подробных квантово-механических расчетов на этой системе нам стало ясно, что медный катализатор имеет довольно интересную и дихотомическую природу», – сказал ДиСтазио. "Комбинируя как притягивающие, так и отталкивающие нековалентные взаимодействия, этот катализатор обеспечивает очень сложную, но чрезвычайно полезную химическую реакцию."
Ведущим автором статьи был бывший научный сотрудник, получивший докторскую степень Лу Сон. Соавторы: бывший научный сотрудник, получивший докторскую степень, Ньянкай Фу; докторанты Брайан Джи.
Эрнст и Вай Ханг Ли; и Майкл Фредерик из Eli Lilly.
Исследование было поддержано Национальным институтом общих медицинских наук и Eli Lilly, а также вычислительными ресурсами от Национального вычислительного центра энергетических исследований через Университет США.S.
Департамент энергетики.