کاتالیزور نیکل، الکل های بتا آمینه را که به سختی ساخته می شوند، باز می کند

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:

بسیاری از مولکول‌ها در موجودات زنده و داروها ساختاری به نام β-آمینو الکل دارند که در آن یک گروه آمینه و یک گروه هیدروکسیل روی اتم‌های کربن همسایه قرار دارند. این گروه ها، بلوک های سازنده مهم در زیست شناسی و پزشکی، در ترکیباتی مانند اسفنگوزین و افدرین یافت می شوند.

در چنین مولکول هایی، آرایش سه بعدی دقیق اتم ها می تواند بر فعالیت بیولوژیکی آنها تأثیر زیادی بگذارد، حتی اگر فرمول شیمیایی یکسانی داشته باشند. بنابراین، شیمیدانانی که به دنبال سنتز آنها هستند، به تکنیک هایی نیاز دارند که نسخه خاصی را که آنها نیاز دارند تولید کند.

یکی از روش های رایج واکنش هنری است که به خوبی مطالعه شده است، که یک آلدهید و یک نیتروآلکان را به هم می پیوندد تا الکل β-نیترو تشکیل دهد که بعدا می تواند به یک الکل β-آمینه کاهش یابد. با این حال، بیشتر رویکردهای مبتنی بر کاتالیزور برای واکنش هنری چیزی را تولید می‌کنند که به شکل syn معروف است، جایی که دو گروه به سمت یک مولکول اشاره می‌کنند. ضد شکل، که در آن گروه ها به طرف های مخالف مولکول اشاره می کنند، سنتز قابل اعتماد بسیار دشوارتر است.

برای مقابله با این چالش، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور تاکایوشی آرای از دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم در دانشگاه چیبا، ژاپن، کاتالیزوری جدیدی طراحی کرده‌اند که با اعمال نفوذ چندین نوع برهم‌کنش‌های مولکولی در یک سیستم واحد، از شکل ضد شکل استفاده می‌کند.

مطالعه آنها، که به صورت آنلاین در Angewandte Chemie International Edition منتشر شد، توسط دکتر سوشی تسوروساکی و دکتر هیدساتو ایواما، هر دو از دانشکده علوم فارغ التحصیل در دانشگاه چیبا، با هم نویسندگی شد.

محققان کاتالیزور خود به نام o-X-F 4 -PyBidine-Ni(OTf) 2 (X = Br یا I) را در اطراف یک مجتمع نیکل حاوی ساختار مولکولی به نام PyBidine ساختند.

آنها برم یا ید را در یک موقعیت خاص روی کاتالیزور معرفی کردند تا محلی را با قابلیت پیوند هالوژنی ایجاد کنند. در پیوند هالوژن، بار مثبتی به نام σ-سوراخ روی سطح اتم هالوژن تشکیل می شود و برهمکنش های الکترواستاتیکی را با گروه های عاملی برقرار می کند. این برهمکنش غیرکووالانسی به موقعیت آلدئید در یک جهت خاص کمک کرد.

پیوند هیدروژنی، یک نیروی جاذبه آشناتر که بین یک اتم هیدروژن و یک اتم الکترونگاتیو ایجاد می شود، همچنین به نگه داشتن آلدئید در محل و فعال شدن آن کمک کرد. در همین حال، نیکل در کنار پایه ای به نام تری اتیلامین، نیتروآلکان را فعال کرد.

این فعل و انفعالات با هم، دو مولکول واکنش‌دهنده را در یک آرایش کشیده و مطلوب قرار دادند که منجر به ضد محصول شد. با استفاده از الکل به عنوان حلال، کاتالیزور ضد فرم را با گزینش پذیری 96:4 نسبت به فرم syn برای بسیاری از ترکیبات واکنش دهنده تولید کرد. همچنین تا 99 درصد مازاد انانتیومر را ایجاد کرد، که به این معنی است که تقریبا تمام محصول همان نسخه دو تصویر آینه ای احتمالی ضد شکل بود.

این روش با بسیاری از آلدئیدهای معطر، از جمله آلدئیدهای دارای یک حلقه هتروسیکلیک، و با چندین نوع نیتروآلکان کار می کرد. آرای خاطرنشان می کند: «عملکرد هماهنگ برهمکنش های متنوع بر روی یک کاتالیزور واحد نشان دهنده پیشرفت در شیمی کاتالیزوری پیشرفته است.

نسخه برم کاتالیزور اغلب فعال تر از ید بود، احتمالا به این دلیل که برم کوچکتر است و فضای بیشتری برای نزدیک شدن مولکول ها باقی می گذارد.

برای درک جزئیات دقیق‌تر نحوه کنترل انتخابی واکنش کاتالیزور، تیم یک سری شبیه‌سازی کامپیوتری را اجرا کرد. اینها نشان دادند که مساعدترین مسیر شامل پیوند هالوژن بین اتم برم و حلقه آروماتیک آلدئید، همراه با پیوند هیدروژنی و برهمکنش بین نیکل و گروه نیترو است.

به طور کلی، یافته‌های این کار می‌تواند مسیر مفیدی برای سنتز الکل‌های ضد β-آمینه فراهم کند، زیرا گروه نیترو در محصولات واکنش می‌تواند به آسانی با استفاده از روش‌های شیمیایی به خوبی تثبیت شده به یک گروه آمینه تبدیل شود. به طور گسترده تر، این مطالعه نشان می دهد که پیوند هالوژن می تواند به طور همزمان با پیوند هیدروژنی و هماهنگی فلزات استفاده شود.

آرای توضیح می‌دهد: «ما همکاری با مرتبه بالاتر پیوندهای هالوژن و پیوندهای هیدروژنی را بر روی یک کاتالیزور فلزی در حلال‌های پروتیک نشان دادیم که برای توسعه متالوآنزیم‌های مصنوعی و داروهای مبتنی بر پیوند هالوژن بسیار جذاب است.

این نوع طراحی کاتالیزور مشارکتی می‌تواند استراتژی‌های جدیدی را برای کنترل واکنش‌های شیمیایی ارائه کند و در طولانی‌مدت به توسعه سیستم‌های کاتالیزوری پیچیده‌تر کمک کند.

سوشی تسوروساکی و همکاران، واکنش هنری ضد انتخابی به کمک هالوژن، که توسط یک کاتالیزور نیکل کایرال ترویج شده است، Angewandte Chemie International Edition (2026). DOI: 10.1002/anie.7009966

اطلاعات مجله: Angewandte Chemie International Edition

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 →