هوستون، تگزاس – با الهام از کبد شما و فعال شدن توسط نور، یک فرآیند شیمیایی توسعه یافته در آزمایشگاه‌های دانشگاه رایس و چین، نویدبخش طراحی دارو و توسعه مواد منحصر به فرد است.
محققان به سرپرستی جولیان وست شیمیدان رایس و شی شنگ وانگ در دانشگاه علم و فناوری چین، فرآیند کاتالیزوری موفقیت آمیز خود را برای افزودن همزمان دو گروه عاملی مجزا به تک آلکن ها، مولکول های آلی استخراج شده از مواد پتروشیمی که حاوی حداقل هستند، گزارش کرده اند. یک پیوند دوگانه کربن-کربن با اتم های هیدروژن ترکیب شده است.
آنها می گویند که بهتر از آن این است که این آلکن ها “غیرفعال” هستند – یعنی فاقد اتم های واکنش پذیر در نزدیکی پیوند دوگانه هستند – و تا به حال ثابت شده است که تقویت آنها چالش برانگیز است.
مسیر شیمیایی مشروح در مجله انجمن شیمی آمریکا شرح داده شده است می تواند ایجاد کتابخانه ای از پیش سازها را برای صنعت داروسازی ساده کرده و تولید پلیمرها را افزایش دهد.
وست که آزمایشگاهش فرآیندهای شیمی مصنوعی را طراحی می کند، گفت که الهام اولیه از آنزیمی به نام سیتوکروم P450 گرفته شده است که کبد از آن برای از بین بردن مولکول های بالقوه مضر استفاده می کند.
او گفت: «این آنزیم‌ها نوعی وزوز هستند که مولکول‌ها را قبل از اینکه شما را دچار مشکل کنند، خرد می‌کنند. آنها این کار را از طریق مکانیسم جالبی به نام بازگشت رادیکال انجام می دهند.
وست گفت P450 پیوندهای کربن-هیدروژن را پیدا می کند و هیدروژن را حذف می کند و یک رادیکال کربن محور که شامل یک الکترون جفت نشده است، باقی می گذارد.
او گفت: «این الکترون واقعاً می‌خواهد یک شریک پیدا کند، بنابراین P450 بلافاصله یک اتم اکسیژن (بازگشت) پس می‌دهد و مولکول را اکسید می‌کند. در بدن، این به غیرفعال کردن این مولکول ها کمک می کند تا بتوانید از شر آنها خلاص شوید.
وست گفت: «این نوع بازگشت قدرتمند است. و هری (نویسنده اصلی Kang-Jie Bian، دانشجوی فارغ التحصیل رایس) فکر کرد که آیا می‌توانیم کاری مشابه آن برای انتقال قطعات مختلف به آن رادیکال انجام دهیم.
راه حل آنها فعال کردن چیزی بود که آنها آن را انتقال لیگاند رادیکال می نامند، روشی کلی که از منگنز برای کاتالیز کردن “بازگشت رادیکال” استفاده می کند.
وست گفت در حالی که P450 از عنصر نزدیک، آهن، برای کاتالیز واکنش بیولوژیکی استفاده می کند، آزمایش های قبلی در آزمایشگاه برنج و جاهای دیگر نشان داد که منگنز دارای پتانسیل است.
او توضیح داد: «منگنز به این فرآیند کمک کرد تا انتخابی‌تر و کمی فعال‌تر و همچنین بسیار ارزان‌تر و آسان‌تر شود». می‌تواند دسته‌ای از اتم‌های مختلف مانند کلر، نیتروژن و گوگرد را منتقل کند، فقط با تغییر اینکه کدام عنصر تجاری را به واکنش اضافه می‌کنید.»
این واکنش یک عامل‌سازی را به همراه داشت. چرا برای دو نفر نمی روید؟
وست گفت که Bian همچنین به ایده افزودن یک فوتوکاتالیست به ترکیب رسید. وقتی به آن نور می‌تابید، هیجان‌انگیز می‌شود و میتوانید کارهایی انجام دهید که در حالت پایه غیرممکن است، مانند فعال کردن مولکول‌های کوچک فلوئوروکربن برای ساختن قطعات رادیکالی که دارای پیوندهای کربن و فلوئور هستند، که برای علم داروسازی و مواد مهم هستند. ” او گفت. اکنون می‌توانیم اینها را به مولکول مورد علاقه خود متصل کنیم.»
نتیجه نهایی یک فرآیند ملایم و مدولار برای افزودن دو گروه عاملی به یک آلکن منفرد در یک مرحله است.
وست در جمع بندی گفت: «اول ما پیوند دوگانه کربن-کربن یک مولکول مورد علاقه، آلکن را داریم. سپس این فلوئوروکربن ارزشمند را اضافه می کنیم و سپس کاتالیزور منگنز به سمت بالا شنا می کند و این انتقال لیگاند رادیکال را برای افزودن یک اتم کلر یا نیتروژن یا گوگرد انجام می دهد.
او اشاره کرد که همکاری بین رایس و آزمایشگاه وانگ نتیجه طبیعی انتقال بیان به رایس از هفی بود، جایی که او مدرک کارشناسی ارشد خود را گرفت. وست گفت: «ما واقعاً روی جنبه منگنز این کار تمرکز کردیم و گروه وانگ نه تنها در زمینه فوتوکاتالیز تخصص داشت، بلکه قطعات کربن-فلوئور را نیز توسعه و آزمایش کرد و نشان داد که در این سیستم واقعاً خوب عمل خواهند کرد.
او گفت که همراه با علوم دارویی و مواد، زیست‌شناسی شیمیایی نیز می‌تواند از این فرآیند بهره ببرد، به ویژه به دلیل تمایل آن به pClick، روشی که توسط هان شیائو، شیمیدان رایس برای اتصال داروها یا مواد دیگر به آنتی‌بادی‌ها کشف شد.
نویسندگان همکار دیوید نموتو جونیور، دانشجوی کارشناسی رایس و شیه چیه کائو، دانشجوی کارشناسی ارشد، و یان هه و یان لی از هیفی هستند. وانگ استاد هفی است. وست محقق جوان نورمن هاکرمن-ولش و استادیار شیمی است.
