طراحی لیگاند جدید تولید رادیکال و بازسازی کاتالیزور را برای واکنش های شیمیایی چالش برانگیز متعادل می کند

توسط موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره (KAIST)

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

رادیکال‌ها، اتم‌ها یا مولکول‌هایی که به آسانی با مواد دیگر واکنش می‌دهند و پیوندهای جدید تشکیل می‌دهند، ابزار مفیدی برای ساختن مواد پیچیده مانند داروها هستند. اما حتی زمانی که یک رادیکال به طور موثر تولید می شود، واکنش نمی تواند ادامه یابد مگر اینکه کاتالیزور به حالت اولیه خود بازگردد.

یک تیم تحقیقاتی KAIST استراتژی جدیدی ایجاد کرده است که تولید رادیکال و بازسازی کاتالیزور را متعادل می کند و امکان استفاده از بسترهایی را که فعال کردن آنها دشوار است برای سنتز مولکول های پیچیده مورد نیاز برای داروسازی و سایر کاربردها گسترش می دهد.

تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور سارا یونمی لی از دپارتمان شیمی روشی را توسعه دادند که از یک لیگاند، مولکولی که به یک کاتالیزور فلزی متصل می‌شود و خواص آن را کنترل می‌کند، استفاده می‌کند تا به طور موثر فرآیندی را که توسط کاتالیزور مسی یک رادیکال تولید می‌کند و سپس به حالت اولیه خود بازمی‌گرداند، تنظیم کند.

این کار در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است.

این تیم از لیگاند مبتنی بر سیکلوپروپنمین (CPI) برای تنظیم رفتار اکسیداسیون و کاهش کاتالیزور مس استفاده کرد و به تولید رادیکال‌ها و بازگشت به حالت فعال کمک کرد.

در این مطالعه، این تیم از آلکیل هالیدهای سوم، ترکیباتی که در آنها برم یا کلر به مرکز کربن سوم متصل است، به عنوان مواد اولیه استفاده کردند. هنگامی که کاتالیزور مس این پیوند را می شکند، یک رادیکال بسیار واکنش پذیر تولید می شود. سپس این رادیکال یک پیوند کربن-کربن جدید با بخش دیگری از همان مولکول تشکیل می‌دهد و ساختاری حلقه‌ای شکل ایجاد می‌کند.

این فرآیند شبیه به گره زدن دو انتهای شل یک رشته به یکدیگر برای تشکیل یک حلقه است. به این واکنش چرخه سازی رادیکال می گویند.

هنگامی که تیم چندین نوع لیگاند را مقایسه کرد، متوجه شد که تولید رادیکال‌های بیشتر لزوما منجر به تولید بیشتر محصول مورد نظر نمی‌شود. برخی لیگاندها در تولید رادیکال ها بسیار موثر بودند اما تقریبا هیچ یک از محصول نهایی را تولید نکردند.

با این حال، لیگاند مبتنی بر CPI با بهترین عملکرد، به تولید رادیکال و بازسازی کاتالیزور اجازه داد تا در تعادل پیش برود. اگر کاتالیزور با کارگری که به طور مکرر یک کار را انجام می دهد مقایسه شود، لیگاند CPI به عنوان کمکی عمل می کند که به کارگر اجازه می دهد تا بعد از اتمام کار بدون توقف به کار بعدی برود.

در نتیجه، این تیم اکسیندول های 3،3-دیگر جایگزین را با بازده بالا سنتز کردند. این ترکیبات دارای چارچوب حلقه ای مرتبط با شیمی دارویی هستند و در داروسازی و مواد فعال زیستی استفاده می شوند.

به طور قابل توجهی، بسترهای حاوی برم حتی در دمای اتاق به طور موثر واکنش نشان دادند. این تیم همچنین در واکنش به بسترها با پیوندهای کربن-کلر قوی که به راحتی شکسته نمی شوند، موفق شدند. این نشان داد که حتی آلکیل کلریدهای درجه سوم که قبلا کار با آنها دشوار بود، اکنون می توانند برای سنتز طیف وسیعی از ترکیبات اکسیندول استفاده شوند که قبلا ساخت آنها دشوار بود.

یافته کلیدی این مطالعه این است که تولید خوب رادیکال ها به تنهایی کافی نیست. به جای افزایش صرفا واکنش پذیری یک مرحله، این تیم نشان داد که متعادل کردن کل چرخه کاتالیزوری، شامل تولید رادیکال و بازسازی کاتالیزور، طراحی کاتالیزورهای کارآمدتر و گسترش رویکرد به واکنش‌های جدید را ممکن می‌سازد.

این اصل می‌تواند گستره زیرلایه‌های چالش برانگیز موجود برای سنتز شیمیایی را گسترش دهد. همچنین ممکن است به محققان کمک کند تا روش‌های کارآمدتری برای ساخت مولکول‌های پیچیده مرتبط با داروها و سایر ترکیبات زیست فعال در شرایط ملایم‌تر ایجاد کنند.

لی گفت: "این مطالعه نشان می دهد که تولید رادیکال کارآمد به تنهایی کافی نیست و فرآیندهای مختلف در یک چرخه کاتالیزوری باید در تعادل پیش بروند."

وی افزود: "ما انتظار داریم که این رویکرد بتواند برای توسعه واکنش‌های کاتالیزوری جدید مبتنی بر رادیکال که از بسترهای چالش‌برانگیز استفاده می‌کنند که قبلا فعال کردن آنها دشوار بوده است، اعمال شود."

سارا جانگ و همکاران، کنترل ردوکس فعال شده با سیکلوپروپنمین در چرخه‌سازی رادیکال کاتالیز شده با مس به اکسیندول‌های 3،3-دیست‌جایگزین شده، مجله انجمن شیمی آمریکا (2026). DOI: 10.1021/jacs.6c09015

اطلاعات مجله: مجله انجمن شیمی آمریکا

ارائه شده توسط موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره (KAIST)

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →