3 วิธีสุดเร้าใจที่นักเคมีใช้ในการสร้างสารประกอบในปีนี้
โดย เบธานี ฮาลฟอร์ด
เอนไซม์ที่วิวัฒนาการแล้วสร้างพันธะไบแอริล
แผนภาพแสดงปฏิกิริยาการเชื่อมต่อไบแอริลโดยใช้เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
นักเคมีใช้โมเลกุลไบแอริล ซึ่งมีหมู่แอริลเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว เป็นลิแกนด์ไครัล หน่วยโครงสร้างของวัสดุ และยา แต่การสร้างโครงสร้างไบแอริลด้วยปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะ เช่น ปฏิกิริยาครอสคัปปลิงของซูซูกิและเนกิชิ มักต้องใช้ขั้นตอนการสังเคราะห์หลายขั้นตอนเพื่อสร้างคู่ปฏิกิริยา ยิ่งไปกว่านั้น ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะเหล่านี้มักล้มเหลวเมื่อสร้างไบแอริลขนาดใหญ่ ทีมวิจัยที่นำโดย อลิสัน อาร์เอช นารายัน จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน ได้รับแรงบันดาลใจจากความสามารถของเอนไซม์ในการเร่งปฏิกิริยา จึงใช้การวิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทางเพื่อสร้างเอนไซม์ไซโตโครม P450 ที่สร้างโมเลกุลไบแอริลผ่านการเชื่อมต่อแบบออกซิเดชันของพันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจนอะโรมาติก เอนไซม์นี้เชื่อมโมเลกุลอะโรมาติกเพื่อสร้างสเตอริโอไอโซเมอร์หนึ่งชนิดรอบพันธะที่มีการหมุนที่ถูกจำกัด (ดังแสดงในภาพ) นักวิจัยคิดว่าวิธีการเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพนี้อาจกลายเป็นวิธีการหลักในการสร้างพันธะไบแอริล (Nature 2022, DOI: 10.1038/s41586-021-04365-7)
สูตรสำหรับเอมีนระดับตติยภูมิอาศัยเกลือเพียงเล็กน้อย
แผนภาพแสดงปฏิกิริยาที่สร้างเอมีนระดับตติยภูมิจากเอมีนระดับทุติยภูมิ
โดยทั่วไป การผสมตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่ต้องการอิเล็กตรอนกับเอมีนที่มีอิเล็กตรอนสูงจะทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพ ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้สารประกอบโลหะในการสร้างเอมีนตติยภูมิจากเอมีนทุติยภูมิได้ M. Christina White และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์บานา-แชมเปญ ตระหนักว่าพวกเขาสามารถแก้ปัญหานี้ได้หากเติมสารที่มีคุณสมบัติคล้ายเกลือลงในสูตรของสารตั้งต้น โดยการเปลี่ยนเอมีนทุติยภูมิให้เป็นเกลือแอมโมเนียม นักเคมีพบว่าพวกเขาสามารถทำปฏิกิริยากับโอเลฟินปลายสาย สารออกซิไดซ์ และตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมซัลฟอกไซด์ เพื่อสร้างเอมีนตติยภูมิจำนวนมากที่มีหมู่ฟังก์ชันหลากหลาย (ตัวอย่างแสดงในภาพ) นักเคมีใช้ปฏิกิริยานี้ในการผลิตยาต้านโรคจิตเภทอย่าง Abilify และ Semap และเปลี่ยนยาที่มีอยู่แล้วซึ่งเป็นเอมีนทุติยภูมิ เช่น ยาต้านอาการซึมเศร้า Prozac ให้เป็นเอมีนตติยภูมิ ซึ่งแสดงให้เห็นว่านักเคมีอาจสร้างยาใหม่จากยาที่มีอยู่แล้วได้อย่างไร (Science 2022, DOI: 10.1126/science.abn8382)
AZAARENES ประสบกับการหดตัวของคาร์บอน
แผนภาพแสดงการเปลี่ยนรูปของควินอลีนเอ็น-ออกไซด์ไปเป็นเอ็น-อะซิลอินโดล
ในปีนี้ นักเคมีได้เพิ่มนวัตกรรมใหม่ให้กับกระบวนการแก้ไขโมเลกุล ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เปลี่ยนแปลงแกนกลางของโมเลกุลที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่น นักวิจัยได้พัฒนาปฏิกิริยาที่ใช้แสงและกรดในการตัดคาร์บอนหนึ่งอะตอมออกจากอะซาอะรีนหกเหลี่ยมในควินอลีนเอ็นออกไซด์ เพื่อสร้างเอ็น-อะซิลอินโดลที่มีวงแหวนห้าเหลี่ยม (ดังแสดงในภาพ) ปฏิกิริยานี้พัฒนาโดยนักเคมีในกลุ่มของมาร์ค ดี. เลวิน ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก โดยอิงจากปฏิกิริยาที่ใช้หลอดไฟปรอทซึ่งปล่อยแสงหลายความยาวคลื่น เลวินและเพื่อนร่วมงานพบว่าการใช้ไดโอดเปล่งแสงที่ปล่อยแสงที่ 390 นาโนเมตร ช่วยให้ควบคุมปฏิกิริยาได้ดีขึ้นและทำให้สามารถใช้ปฏิกิริยานี้ได้กับควินอลีนเอ็นออกไซด์โดยทั่วไป ปฏิกิริยาใหม่นี้เปิดโอกาสให้นักสร้างโมเลกุลสามารถปรับเปลี่ยนโครงสร้างหลักของสารประกอบที่ซับซ้อนได้ และอาจช่วยนักเคมีด้านยาที่ต้องการขยายคลังยาตัวใหม่ของตน (Science 2022, DOI: 10.1126/science.abo4282)
วันที่โพสต์: 19 ธันวาคม 2022