Aktywnym składnikiem wielu leków jest tak zwana mała cząsteczka: większa od wody, znacznie mniejsza niż przeciwciało i zbudowana głównie z węgla. Trudno jest jednak wytworzyć takie cząsteczki, jeśli wymagają one czwartorzędowego węgla – atomu węgla związanego z czterema innymi atomami węgla. Ale teraz naukowcy z Scripps Research odkryli potencjalnie opłacalny sposób tworzenia tych skomplikowanych motywów.
W nowych odkryciach, które opublikowano w czasopiśmie Science 5 kwietnia 2024 r., chemicy z Scripps Research wykazali, że możliwe jest przekształcanie substancji chemicznych surowców w czwartorzędowe węgle przy użyciu jednego, niedrogiego katalizatora żelazowego. Metoda ta może przynieść korzyści twórcom leków, ponieważ sprawi, że cząsteczki będą tańsze i łatwiejsze w produkcji na małą i dużą skalę.
„Węgle czwartorzędowe są wszechobecne w różnych obszarach badań – od odkrywania leków po naukę o materiałach” – mówi współautor Nathan Dao, doktorant w Scripps Research. „Jednak synteza czwartorzędowych węgli jest długotrwałym wyzwaniem w dziedzinie chemii organicznej, zwykle wymagającym wielu etapów i opierającym się na trudnych warunkach lub mniej dostępnych materiałach wyjściowych”.
Oprócz Dao współautorami badania byli Xu-Cheng Gan i Benxiang Zhang.
Katalizatory to substancje stosowane w celu przyspieszenia szybkości reakcji chemicznej. Czasami do wywołania określonej reakcji i uzyskania pożądanego rezultatu potrzeba kilku różnych katalizatorów: prawdziwej „zupy reakcyjnej”. Katalizatory mogą być jednak bardzo drogie i nie zawsze reagują zgodnie z oczekiwaniami – a im więcej stosuje się katalizatorów, tym więcej powstaje odpadów. Jednak naukowcy z Scripps Research ustalili, że pojedynczy katalizator może wykonać wiele kluczowych funkcji.
„Trudna reakcja chemiczna często wymaga wielu oddziałujących ze sobą składników” – twierdzi współautor, dr Ryan Shenvi, profesor na Wydziale Chemii w Scripps Research. „Zaletą tej pracy jest to, że jest niewiarygodnie prosta”.
Zespół zidentyfikował proste warunki przekształcania kwasów karboksylowych i olefin, dwóch głównych klas surowców chemicznych – czyli surowców napędzających maszyny lub procesy przemysłowe – w czwartorzędowe węgle za pomocą niedrogiego katalizatora na bazie żelaza. Ponadto te surowce chemiczne są nie tylko dostępne w dużych ilościach, ale także tanie.
„Podobne reakcje ostatnio zyskują na popularności, więc to odkrycie było nieuniknione” – wyjaśnia Shenvi. „Te fragmenty były już w literaturze, ale nikt wcześniej ich nie połączył”.
Ogólnie rzecz biorąc, badanie, które przeprowadzono we współpracy z laboratorium starszego współautora, dr Phila Barana, kierownika Katedry Chemii w Scripps Research, dr. Richarda A. Lernera, podkreśla stałą rolę chemii w rozwoju nowoczesnych technologii i farmaceutyków.
„Ta praca to kolejna uderzająca demonstracja siły atmosfery współpracy w Scripps Research w odkrywaniu nowych transformacji, które mogą mieć dramatyczny wpływ na uproszczenie praktyki syntezy organicznej” – dodaje Baran.
Ta praca i zaangażowani badacze otrzymali wsparcie finansowe od Narodowych Instytutów Zdrowia (granty GM122606 i GM118176), Narodowej Fundacji Nauki (CHE1955922), Nanjing King-Pharm Co., Ltd), firm Pfizer i Biogen.