Av DURHAM UNIVERSITY
Forskere har vist i en ny studie at karbonbaserte molekyler kan være mye mer dynamiske enn tidligere antatt.
Når et karbonatom danner fire bindinger til forskjellige grupper, kan molekylet eksistere i to speilbildeformer. Disse speilbildeformene er livsviktige i medisin fordi de har forskjellige biologiske aktiviteter.
Vanligvis er det umulig å konvertere mellom disse 'enantiomerene' fordi for å gjøre det vil det kreve at en binding brytes, en prosess som krever for mye energi.
Forskerne fra Durham University og University of York demonstrerte at hvis det kirale senteret var en del av en dynamisk molekylær burstruktur, kunne en enkel omorganisering av buret føre til inversjon av speilbildeformen til molekylet.
På denne måten ble karbonbasert stereokjemi, som normalt anses å være fast og rigid, dynamisk, fluksional og responsiv – et nytt paradigme innen karbonsentrert kiralitet.
Funnene vil bli publisert i dag (13. mars 2023) i tidsskriftet Naturkjemi.
Det molekylære buret har ni karbonatomer i sin struktur, som holdes sammen av et par karbon-karbon dobbeltbindinger og en treleddet cyklopropanring. Denne kombinasjonen av obligasjoner gjør at noen av obligasjonene i strukturen kan bytte plass med hverandre spontant.
Prosjektleder etterforsker, Dr. Aisha Bismillah fra Durham University, sa: "Våre dynamiske karbonbur endrer form ekstremt raskt. De hopper frem og tilbake mellom speilbildestrukturene sine millioner av ganger i sekundet. Å se dem tilpasse seg endringer i miljøet deres er virkelig bemerkelsesverdig."
I tillegg til å avdekke denne unike dynamiske formen for stereokjemisk interkonvertering, demonstrerte forskerne at preferansene til buret kunne overføres til nærliggende metallsentre, noe som åpner muligheten for at denne typen responsiv kiralitet kan finne bruk i katalyse, og syntese av kirale molekyler for biomedisinske applikasjoner.
Dr. Paul McGonigal fra University of York reflekterte over måten disse resultatene omstøter etablerte ideer på: «Måten vårt dynamiske karbonbur samhandler med andre molekyler og ioner er fascinerende. Buret tilpasser seg, og gir speilbildestrukturen med "beste passform".
"Vi håper, etter hvert at dette spennende bindingskonseptet vil bli funnet å gjelde i andre sammenhenger, og potensielt brukt til å underbygge nye applikasjoner for mer dynamiske molekylære materialer."
Referanse: "Kontroll av dynamisk sp3-C stereochemistry» av Aisha N. Bismillah, Toby G. Johnson, Burhan A. Hussein, Andrew T. Turley, Promeet K. Saha, Ho Chi Wong, Juan A. Anguilar, Dmitry S. Yufit og Paul R. McGonigal, 13 mars 2023, Naturkjemi.
DOI: 10.1038/s41557-023-01156-7
Forskningen er finansiert av Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) og Leverhulme Trust.
