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化学家在光介导的三维分子结构合成上取得突破
时间:2021-04-01  点击:47

 

据外媒报道,近几十年来,有机和药物化学的主要目标是快速合成三维分子以开发新药。这些候选药物表现出跟主要扁平分子结构相比的各种性能改善,这在临床试验中反映为更高的有效性和成功率。然而,它们只能以巨大的成本生产或根本不使用以前的方法。

 


现在,由Frank Glorius教授(明斯特大学)领导的化学家门和他的同行们M. Kevin Brown教授(印地安那大学伯明顿分校)和Kendall N. Houk教授(美国加州大学洛杉矶分校)已经成功地将几类扁平的含氮分子转化为所需的三维结构。通过100多个新颖的例子,他们证明了这个过程的广泛适用性。相关研究报告现已发表在《科学》上。

光介导的能量传递克服了能量障碍

合成三维结构最有效的方法之一是将一个分子加到另一个分子上,这个方法被称为环加成。在这个过程中,分子之间形成两个新键和一个新环。对于芳香族体系,这种反应在以前的方法中是不可行的。抑制这种环加成的能量势垒即使应用了热量也无法克服。因此,这项新研究探索了通过光介导的能量转移来克服这一障碍的可能性。

Frank Glorius表示:“自然界中也存在利用光能来建造更复杂的化学结构的主题。就像植物在光合作用中利用光从二氧化碳和水的简单构造块中合成糖分子一样,我们利用光介导的能量转移从平面基本结构中产生复杂的三维目标分子。”

用于制药的候选新药?

科学家们指出了这种方法的“巨大可能性”。他们现在可以通过光介导的能量转移跟广泛的结构多样的烯烃结合进而获得新的三维候选药物或它们的主干。

这些化学家还展示了各种创新转化以进一步处理这些合成主干,另外利用他们的专业知识为药物应用铺平道路。该方法的实用性和所需起始材料的可获得性对该技术的未来应用至关重要:所使用的分子在商业上可以以低成本获得或易于生产。

JiaJia Ma说道:“我们希望这一发现将为新型医药制剂的发展提供新动力并将以跨学科的方式应用和进一步研究。”Kevin Brown则补充称:“我们的科学突破还可以在发现作物保护剂等方面取得重大意义。”

实验化学和计算化学的协同作用

这项研究的另一个特色则是科学家阐明反应机理和分子的具体结构不仅首次详细分析和实验,另外还通过“计算化学”:Kendall Houk和Shuming Chen展开的详细计算机辅助建模反应。据悉,他们能够展示这些反应是如何起作用以及为什么它们会选择性地发生。

“这项研究是实验和计算理论化学协同作用的一个典型例子,”来自俄亥俄州奥柏林学院的Shuming Chen教授强调道。“我们对反应概念的详细机理解释将使科学家能够开发互补的方法并在未来使用我们所学到的设计更有效的合成路线,”Kendall Houk补充道。

 

 

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