Neue Methode zur Modifizierung von Vinylsystemen findet Anwendung in der Arzneimittel- und Materialwissenschaft

Der Aufbau komplexer Moleküle aus einfacheren Molekülen ist für die Entwicklung von Pharmazeutika, Materialwissenschaften und verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen von entscheidender Bedeutung.

Eine Reaktion, die als nukleophile Vinylsubstitution oder SNV-Reaktion bekannt ist und Chemikern den Aufbau noch komplexerer Strukturen ermöglichen könnte, wurde jedoch weniger untersucht, da sie bekanntermaßen schwer zu kontrollieren ist.

In einer Studie veröffentlicht in NaturForscher der University of Chicago und der University of Pittsburgh haben eine neue Methode zur Herstellung von Verbindungen zwischen Kohlenstoffatomen mithilfe der SNV-Reaktion eingeführt.

Unter der Leitung des Doktoranden Miao Chen im Labor von Professor Guangbin Dong bietet ihre Forschung einen neuen Ansatz zur Schaffung von Bindungen, die für die Herstellung komplexer Moleküle mit exakten Strukturen unerlässlich sind. Wissenschaftler hoffen, dass dies die Entwicklung fortschrittlicher Materialien und bioaktiver Verbindungen vorantreiben und tiefgreifende Auswirkungen auf Wissenschaft und Industrie haben wird.

„Unsere Studie befasst sich mit Mechanismen, die noch nicht umfassend erforscht wurden, und bietet tiefere Einblicke in diese transformative Reaktion“, sagte Chen. „Das könnte einen wertvollen Beitrag zur Pharmaforschung leisten und vielen Menschen helfen.“ »

Studieren Sie die Reaktion

Eine SNV-Reaktion findet in einer speziellen Art chemischer Struktur namens „Vinylsystemen“ statt, die eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthält. Vinylsysteme sind wichtig bei der Herstellung von Alltagsgegenständen, von PVC-Rohren und Schallplatten bis hin zu den Bindemitteln, die Ibuprofen-Tabletten intakt halten. Sie gelten aber als besonders komplex und unflexibel.

Bei einer SNV-Reaktion tauscht ein Molekül, ein sogenanntes Nukleophil, ein Atom in einem Vinylmolekül aus, indem es seine Elektronen teilt. Dieser Prozess ist jedoch schwer zu kontrollieren.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelten Chen und sein Team einen neuen Ansatz. Sie erzielten einen Durchbruch, indem sie einen Mechanismus zum Lösen molekularer Spannungen entwarfen und damit die Hindernisse überwanden, die Forscher bisher zurückhielten. Sie setzten ihre Fortschritte mit borbasierten Verbindungen fort, um diese molekularen Veränderungen zu beschleunigen und sorgfältig zu steuern.

Dong sagte, er sei fasziniert gewesen, als sie unerwartete Phänomene beobachteten, und begann, erhebliche Anstrengungen zu unternehmen, um zu verstehen, warum bestimmte Reaktionen selektiv sind und unterschiedliche Reaktivitätsniveaus aufweisen.

„Unser Ansatz geht über traditionelle Methoden hinaus und ermöglicht es uns, komplexe Moleküle mit außergewöhnlicher Effizienz und Präzision aufzubauen“, sagte Chen.

Computerbestätigung

Um ihre experimentelle Forschung zu validieren, arbeitete das Team mit Computerchemikern der University of Pittsburgh zusammen, die Computersimulationen und Berechnungen zur Unterstützung dieses überraschenden Weges verwendeten und eine detaillierte Erklärung dessen lieferten, was das Dong-Labor in seinen Aufsätzen beobachtete.

„Die Identifizierung des Mechanismus war einer der schwierigsten Aspekte unserer Forschung“, sagte Chen. „Wir konnten unsere Reaktion nur durch umfangreiche experimentelle und rechnerische Studien bestätigen. »

Ihre Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der synthetischen Chemie dar und stattet Wissenschaftler mit einem leistungsstarken Werkzeug für den präzisen Molekülaufbau aus. Durch die Nutzung von SNV-Reaktionen und das Verständnis von Stressabbaumechanismen, sagten die Wissenschaftler, bewältigt die Arbeit nicht nur seit langem bestehende Herausforderungen, sondern könnte auch die Entwicklung neuer fortschrittlicher Materialien und bioaktiver Verbindungen fördern.

„Obwohl ihr voller Nutzen derzeit nicht bekannt ist“, sagte Dong, „weisen die mit unserer Methode hergestellten Verbindungen eine faszinierende und einzigartige Struktur auf, die den Menschen eine Plattform zur Untersuchung ihrer Eigenschaften bietet.“ »