Von der DURHAM UNIVERSITY
Wissenschaftler haben in einer neuen Studie gezeigt, dass kohlenstoffbasierte Moleküle viel dynamischer sein können als bisher angenommen.
Wenn ein Kohlenstoffatom vier Bindungen zu verschiedenen Gruppen eingeht, kann das Molekül in zwei spiegelbildlichen Formen existieren. Diese spiegelbildlichen Formen sind in der Medizin von entscheidender Bedeutung, da sie unterschiedliche biologische Aktivitäten haben.
Normalerweise ist es unmöglich, diese „Enantiomere“ ineinander umzuwandeln, weil dazu eine Bindung aufgebrochen werden müsste, ein Prozess, der zu viel Energie benötigt.
Die Forscher der Durham University und der University of York zeigten, dass, wenn das Chiralitätszentrum Teil einer dynamischen molekularen Käfigstruktur wäre, eine einfache Neuanordnung des Käfigs zur Umkehrung der Spiegelbildform des Moleküls führen könnte.
Auf diese Weise wurde die kohlenstoffbasierte Stereochemie, die normalerweise als fest und starr angesehen wird, dynamisch, fließend und reaktionsfähig – ein neues Paradigma in der kohlenstoffzentrierten Chiralität.
Die Ergebnisse werden heute (13. März 2023) in der Zeitschrift veröffentlicht Nature Chemistry.
Der molekulare Käfig hat neun Kohlenstoffatome in seiner Struktur, die durch ein Paar Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen und einen dreigliedrigen Cyclopropanring zusammengehalten werden. Diese Kombination von Bindungen ermöglicht es, dass einige der Bindungen in der Struktur spontan ihre Plätze miteinander tauschen.
Die leitende Forscherin des Projekts, Dr. Aisha Bismillah von der Durham University, sagte: „Unsere dynamischen Kohlenstoffkäfige ändern ihre Form extrem schnell. Millionenfach pro Sekunde hüpfen sie zwischen ihren spiegelbildlichen Strukturen hin und her. Zu sehen, wie sie sich an Veränderungen in ihrer Umgebung anpassen, ist wirklich bemerkenswert.“
Neben der Aufdeckung dieser einzigartigen dynamischen Form der stereochemischen Umwandlung demonstrierten die Forscher, dass die Präferenzen des Käfigs auf benachbarte Metallzentren übertragen werden könnten, was die Möglichkeit eröffnet, dass diese Art von responsiver Chiralität in der Katalyse und der Synthese chiraler Moleküle Verwendung finden könnte biomedizinische Anwendungen.
Über die Art und Weise nachdenkend, in der diese Ergebnisse etablierte Ideen über den Haufen werfen, sagte Dr. Paul McGonigal von der University of York: „Die Art und Weise, wie unser dynamischer Kohlenstoffkäfig mit anderen Molekülen und Ionen interagiert, ist faszinierend. Der Käfig passt sich an und gibt die spiegelbildliche Struktur mit der „besten Passform“.
„Wir hoffen, dass sich dieses faszinierende Bindungskonzept zu gegebener Zeit in anderen Kontexten anwenden lässt und möglicherweise genutzt wird, um neue Anwendungen für dynamischere molekulare Materialien zu untermauern.“
Referenz: „Steuerung dynamischer sp3-C-Stereochemie“ von Aisha N. Bismillah, Toby G. Johnson, Burhan A. Hussein, Andrew T. Turley, Promeet K. Saha, Ho Chi Wong, Juan A. Anguilar, Dmitry S. Yufit und Paul R. McGonigal, 13 März 2023, Nature Chemistry.
DOI: 10.1038/s41557-023-01156-7
Die Forschung wurde vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) und dem Leverhulme Trust finanziert.
