Nowe badanie: wykorzystanie światła widzialnego do tworzenia podstawowych komponentów leków

WarsawChemicy z Uniwersytetu Michigan odkryli sposób na wykorzystanie światła widzialnego do syntezy azetydyn, obiecującej klasy związków farmaceutycznych. Wiadomo, że te azetydyny są bardziej stabilne niż pięcio- i sześcioczłonowe heterocykliczne związki azotu powszechnie stosowane w lekach, które często rozpadają się po spożyciu. Nowa metoda polega na reakcji [2+2] cykloadowania, która wykorzystuje światło widzialne i fotokatalizator do tworzenia monocyklowych azetydyn.

Badanie podkreśla kilka istotnych odkryć.

Zastosowano światło widzialne zamiast ultrafioletowego. Reakcję wspomagał fotokatalizator. Monocykliczne azetydyny są bardziej stabilne i łatwiejsze w użyciu. Ta metoda może uczynić syntezę leków bardziej wydajną.

60% leków farmaceutycznych zawiera pierścienie azotowe, czyli struktury, które mają co najmniej jeden atom azotu. Powszechnymi formami są pierścienie pięcio- i sześcioczłonowe, choć mogą być niestabilne. Według głównego badacza Schindlera, te pierścienie mogą się rozkładać w organizmie, co oznacza, że leki przyjmowane przez pacjentów mogą nie działać w ich systemie tak, jak powinny.

Badacze skupiają się teraz na azetydynach, które są bardziej stabilnymi związkami o czteroczłonowym pierścieniu. Głównym wyzwaniem jest opracowanie niezawodnej metody wytwarzania tych pierścieni. Tradycyjne metody mają ograniczenia: nie są szeroko stosowane lub tworzą jedynie określone wzory podstawienia.

Różnorodne wzory podstawienia są pożądane w syntezie leków i ich testowaniu. Umożliwiają one badanie wielu różnych cząsteczek. Zespół z U-M zastosował metodę cykloaddycji [2+2]. Ta technika zazwyczaj wymaga fotoekscytacji, czyli światła, aby wzbudzić cząsteczki.

Zobacz również:

Dzisiaj · 19:44

Cel bezemisyjny: zintegrowane planowanie energii przyszłości

Do badań wybrano dwa związki: iminy acykliczne i alkeny. Wybrano je, ponieważ mogą prowadzić do różnych produktów przy zmianie parametrów. Jednak iminy acykliczne szybko tracą energię i nie kończą procesu cykloaddycji. Wcześniejsze próby z użyciem światła ultrafioletowego były skuteczne, ale niebezpieczne. Te próby używały również innych imin i alkenów, co utrudniało otrzymanie pożądanych azetydyn.

Wykorzystanie światła widzialnego okazało się skutecznym rozwiązaniem. Kluczowym elementem był fotokatalizator, który umożliwił osiągnięcie potrzebnych wzbudzonych stanów pośrednich. Ta metoda jest znana jako reakcja aza Paternò-Büchi. Aby zrozumieć, dlaczego ta reakcja była efektywna, zespół z Uniwersytetu Michigan współpracował z laboratorium Heather Kulik z MIT. Zastosowali analizy obliczeniowe, aby dopasować poziomy energetyczne materiałów wyjściowych, co ułatwiło przebieg reakcji.

Testowanie różnych kombinacji imin i alkenów było kluczowe. Laboratorium Schindlera udowodniło, że reakcja działa na wielu typach tych związków. Udowodnienie, że metoda działa na różnorodnych materiałach, jest istotne. To potwierdza przydatność procesu dla firm farmaceutycznych.

Zespół opracował sześć związków azetydynowych o znaczeniu biologicznym. Wśród nich, naukowcy przyłączyli azetydynę do pochodnej estrogenowej i zsyntetyzowali analogi penaresydyny B, która wykazuje toksyczne działanie na komórki nowotworowe. To jest pierwsza całkowita synteza tego naturalnego związku przy użyciu cykloaddycji [2+2].

Zespół zamierza wykorzystać te spostrzeżenia do tworzenia nowych reakcji chemicznych. Takie podejście może ułatwić projektowanie przyszłych reakcji. Może również usprawnić produkcję elementów budulcowych, które wcześniej były trudne do uzyskania. Ten postęp otwiera nowe możliwości w rozwijaniu leków.