Новый метод, сообщил в выпуске 15 января 2016 журнала Science, позволяет исследователям добавить группы атомов, названных углеродным фрагментом или функциональными группами к определенным органическим молекулам более эффективно, сильно и выборочно, чем текущие методы, как правило, позволяют. Это таким образом открывает новые возможности для химиков собрать новые комплексы, которые могут быть проверены на полезные свойства в развитии наркотиков и других продуктов.«Мы продемонстрировали эту технику с двумя широкими классами комплексов, альдегидов и кетонов – ‘хлеб с маслом’ современного химического синтеза», сказал главный следователь Чжин-Куан Ю, профессор Франка и Берты Хупп Химии в TSRI.
Расширение набора инструментовЛаборатория Ю специализируется на развитии методов, чтобы сделать строительство молекулы легче, особенно для химиков, пытающихся создавать потенциально новые наркотики.
Ю и его команда издали больше чем полдюжину из этих инноваций в Науке или Природы за одни только прошлые два года.Их новейший инструмент улучшает основную строящую молекулу операцию под названием C-H functionalization. Когда химики намереваются строить молекулу препарата кандидата, они часто начинают с простого органического соединения, центральная структура которого содержит более инертные углеродные водородные связи, чем реактивные связи гетероатома углерода.
Превращение такой молекулы начинающего в полезный препарат, как правило, означает заменять по крайней мере один из водородных атомов с более сложной группой атомов, названных функциональной группой.Этот процесс C-H functionalization может быть коварен для ряда причин, и химики часто должны использовать специальные методы, чтобы заставить его работать.
Многие из этих методов включают молекулы помощника, известные как «направление групп». Химики сначала прилагают группу направления к начальной молекуле, которую они хотят изменить; группа направления тогда ведет ломающий связь катализатор, часто металл, такой как палладий, к углеродной водородной связи, которая должна быть сломана, чтобы освободить дорогу для новой функциональной группы.
«Это, оказалось, было очень надежной и широко полезной стратегией», сказал Ю, «но требуется по крайней мере два дополнительных шага – установка группы направления и позже ее удаление – и иногда группа направления несовместима с функциональными группами, уже представляют на стартовой молекуле».Идеально, химики хотели бы найти направление групп, которые широко терпимы к существующим функциональным группам и которые также не должны быть приложены и отделены в отдельных шагах. По существу, именно это Ю и его команда достигли здесь.Включение двух шагов
Команда – включая co-first авторов Фан-Линь Чжан, ученый посещения из Технологического университета Ухани; Кай Хун, постдокторский научный сотрудник в Лаборатории Ю; и Туань-Цзе Ли, ученый посещения из Цзянсу, Нормальный Университет – нашел, что молекулы аминокислоты (стандартные блоки белков, что помощь составляет все известные формы жизни) могут работать хорошо «переходными группами направления» для комплексов альдегида или кетона. Аминокислоты присоединяются автоматически к этим комплексам начинающего и удаляют себя автоматически после того, как новая функциональная группа будет приложена.
В действительности это означает, что они работают «каталитически», functionalizing одна молекула начинающего за другим и все время быть снова использованным, вместо того, чтобы потребляться в их первой реакции. Это дальнейшие направления потока, процесс и уменьшает полное количество реактивов, которые необходимы.«В принципе все аминокислоты могут использоваться в качестве каталитических групп направления для таких реакций», сказал Ю. «Доступность разнообразных аминокислот позволяет найти, что различные реактивы удовлетворяют различным основаниям или преобразованиям».
Дальнейшее преимущество новой техники состоит в том, что она может, с надлежащим выбором chiral группы направления аминокислоты, предпочтительно производить «chiral» молекулы, которые являются functionalized только на одной стороне. Реакции C-H functionalization, как правило, производят примерно даже соединение молекул functionalized на одной стороне плюс молекулы зеркального отображения functionalized с другой стороны – все же, желательная биологическая активность препарата часто прибывает исключительно из его «предназначенной для правой руки» или «предназначенной для левой руки» формы chiral.
«То, что мы можем сделать это использование простой аминокислоты как группа направления и лиганд, феноменально, рассматривая обычную трудность таких реакций», сказал Хун.«По существу с этим новым методом мы улучшаем functionalizations, исключая два шага в процессе functionalization – при помощи группы направления, которая является каталитической, и используя, в случае необходимости, chiral направление группы, чтобы произвести chirally чистые комплексы», сказал Ю.Ю и его команда теперь работают, чтобы расширить применимость нового метода к другим широким классам лекарственных комплексов химии, таким как амины и alcohols.
Другой соавтор бумаги, «Functionalization C (sp3)-H связи, используя переходную группу направления», был парком Hojoon лаборатории Ю в TSRI.Работа финансировалась частично Национальным Институтом Общих Медицинских наук (2R01GM084019).