Tim hemičara sa Univerziteta u Beču, predvođen Nunom Maulidom, postigao je značajan napredak u oblasti hemijske sinteze, razvijajući novu metodu za manipulaciju vezama ugljenik-vodonik. Ovo otkriće pruža novi uvid u molekularne interakcije pozitivno naelektrisanih atoma ugljenika.
Selektivnim ciljanjem na specifičnu C–H vezu, oni otvaraju vrata sintetičkim putevima koji su prethodno bili zatvoreni — sa potencijalnom primenom u medicini. Studija je objavljena u časopisu Nauka.
Živi organizmi, uključujući ljude, duguju svoju složenost prvenstveno molekulima koji se sastoje uglavnom od ugljenika, vodonika, azota i kiseonika. Ovi gradivni blokovi čine osnovu bezbrojnih supstanci neophodnih za svakodnevni život, uključujući lekove. Kada se hemičari upuste u sintezu novog leka, manipulišu molekulima kroz niz hemijskih reakcija da bi stvorili jedinjenja sa jedinstvenim svojstvima i strukturom.
Ovaj proces uključuje razbijanje i formiranje veza između atoma. Neke veze, kao što su one između ugljenika i vodonika (C–H veze), su posebno jake i zahtevaju znatnu energiju za prekid, dok se druge mogu lakše modifikovati. Dok organsko jedinjenje obično sadrži desetine C–H veza, hemičari su tradicionalno morali da pribegnu manipulaciji drugim, slabijim vezama. Takve veze su daleko manje uobičajene i često ih je potrebno uvesti u dodatnim sintetičkim koracima, što takve pristupe čini skupim – stoga se traže efikasnije i održivije sintetičke metode.
C–H aktivacija kao novi pristup
Koncept C–H aktivacije je revolucionarni pristup koji omogućava direktnu manipulaciju jakim C–H vezama. Ovo otkriće ne samo da poboljšava efikasnost sintetičkih procesa, već često može smanjiti njihov uticaj na životnu sredinu i obezbediti održivije puteve za otkrivanje lekova.
Ključni izazov je precizna manipulacija specifičnom C–H vezom unutar molekula koji sadrži mnogo različitih C–H veza. Ova prepreka, poznata kao „problem selektivnosti“, često ometa širu primenu utvrđenih reakcija aktivacije C–H.
Istraživači sa Univerziteta u Beču predvođeni Maulidom sada su razvili novu reakciju aktivacije C–H koja se bavi problemom selektivnosti i omogućava sintezu složenih molekula na bazi ugljenika. Selektivnim ciljanjem specifične C–H veze sa izuzetnom preciznošću, oni otvaraju vrata sintetičkim putevima koji su prethodno bili zatvoreni.
Maulid grupa se fokusira na takozvane „karbokatione“ (tj. molekule koji sadrže pozitivno naelektrisani atom ugljenika) kao ključne intermedijere. „Tradicionalno, karbokationi reaguju tako što eliminišu atom vodonika pored atoma ugljenika, formirajući dvostruku vezu ugljenik-ugljenik u proizvodu“, objašnjava Maulide.
„Proizvodi sa dvostrukim vezama — koji se nazivaju alkeni — mogu biti izuzetno korisni. Međutim, ponekad je poželjna jednostruka veza umesto dvostruke.“
„Otkrili smo da u određenim slučajevima reaktivnost može da krene u novom pravcu. To dovodi do fenomena koji se zove „daljinska eliminacija“, što rezultira formiranjem nove jednostruke veze ugljenik-ugljenik — fenomena koji ranije nije istražen“, objašnjavaju Filip Grant i Miloš Vavrik, prvi autori studije.
Istraživači su demonstrirali ovu novu reaktivnost sintezom dekalina, gradivnog bloka za mnoge farmaceutske proizvode.
„Dekalini su klasa cikličnih molekula zasnovanih na ugljeniku koji se nalaze u mnogim biološki aktivnim jedinjenjima. Sada možemo da proizvodimo ove molekule na mnogo efikasniji način, potencijalno doprinoseći razvoju novih i efikasnijih lekova“, zaključuje Maulide.
