Przez UNIWERSYTET DURHAM
Naukowcy wykazali w nowym badaniu, że cząsteczki oparte na węglu mogą być znacznie bardziej dynamiczne, niż wcześniej sądzono.
Kiedy atom węgla tworzy cztery wiązania z różnymi grupami, cząsteczka może istnieć w dwóch formach lustrzanego odbicia. Te formy lustrzanego odbicia są niezbędne w medycynie, ponieważ mają różne aktywności biologiczne.
Zwykle nie jest możliwa wzajemna konwersja między tymi „enancjomerami”, ponieważ wymagałoby to zerwania wiązania, co wymaga zbyt dużej energii.
Naukowcy z Durham University i University of York wykazali, że jeśli centrum chiralne jest częścią dynamicznej struktury klatki molekularnej, to proste przegrupowanie klatki może doprowadzić do odwrócenia lustrzanego odbicia cząsteczki.
W ten sposób stereochemia oparta na węglu, która jest zwykle uważana za stałą i sztywną, stała się dynamiczna, płynna i responsywna - nowy paradygmat w chiralności skoncentrowanej na węglu.
Wyniki zostaną opublikowane dzisiaj (13 marca 2023 r.) w czasopiśmie Chemia przyrody.
Klatka molekularna ma w swojej strukturze dziewięć atomów węgla, które są połączone parą podwójnych wiązań węgiel-węgiel i trójczłonowym pierścieniem cyklopropanu. Ta kombinacja wiązań pozwala niektórym wiązaniom w strukturze spontanicznie zamieniać się miejscami.
Kierownik projektu, dr Aisha Bismillah z Durham University, powiedziała: „Nasze dynamiczne klatki węglowe zmieniają swój kształt niezwykle szybko. Przeskakują tam iz powrotem między swoimi lustrzanymi odbiciami struktur miliony razy na sekundę. Obserwowanie, jak dostosowują się do zmian w ich środowisku, jest naprawdę niezwykłe”.
Po odkryciu tej wyjątkowej dynamicznej formy stereochemicznej interkonwersji naukowcy wykazali, że preferencje klatki mogą być przekazywane do pobliskich centrów metalowych, otwierając możliwość, że ten rodzaj responsywnej chiralności może znaleźć zastosowanie w katalizie i syntezie cząsteczek chiralnych dla zastosowania biomedyczne.
Zastanawiając się nad sposobem, w jaki te wyniki obalają ustalone poglądy, dr Paul McGonigal z University of York powiedział: „Sposób, w jaki nasza dynamiczna klatka węglowa oddziałuje z innymi cząsteczkami i jonami, jest fascynujący. Klatka dostosowuje się, dając strukturę lustrzanego odbicia z „najlepszym dopasowaniem”.
„Mamy nadzieję, że w odpowiednim czasie ta intrygująca koncepcja wiązania znajdzie zastosowanie w innych kontekstach i potencjalnie zostanie wykorzystana jako podstawa nowych zastosowań bardziej dynamicznych materiałów molekularnych”.
Odniesienie: „Kontrola dynamiki sp3-C stereochemia” autorstwa Aishy N. Bismillah, Toby'ego G. Johnsona, Burhana A. Husseina, Andrew T. Turleya, Promeeta K. Saha, Ho Chi Wonga, Juana A. Anguilara, Dmitry'ego S. Yufita i Paula R. McGonigala, 13 marzec 2023, Chemia przyrody.
DOI: 10.1038/s41557-023-01156-7
Badania zostały sfinansowane przez Radę Badań nad Inżynierią i Naukami Fizycznymi (EPSRC) oraz Leverhulme Trust.
