Araştırma, pratik amaçlar için fazla karbondioksitten yararlanmaya yönelik küçük bir adımdır.
Kimya alanındaki ortak bir çaba, karbon dioksiti bir ortamda kullanmak için yenilikçi bir yöntemle sonuçlandı. olumlu, hatta faydalı bir şekilde: elektrosentez yoluyla, farmasötiklerin geliştirilmesinde çok önemli bir rol oynayan bir dizi organik moleküle entegre edilir.
Süreç sırasında, ekip yenilikçi bir keşif yaptı. Kullanılan elektrokimyasal reaktörün türünü değiştirerek, her ikisi de tıbbi kimyada yararlı olan iki farklı ürün üretebildiler.
Ekibin makalesi yakın zamanda Nature dergisinde yayınlandı. Makalenin yardımcı yazarları, Çin’deki Sichuan Üniversitesi’nden doktora sonrası araştırmacılar Peng Yu ve Wen Zhang ile Guo-Quan Sun’dır.
Kolejde kimya ve kimyasal biyoloji profesörü olan Song Lin liderliğindeki Cornell ekibi Fen Bilimleri Fakültesi, önceden elektrokimya sürecini basit karbon moleküllerini bir araya getirmek ve karmaşık bileşikler oluşturmak için kullanmış, böylece kimyasal reaksiyonu desteklemek için değerli metallere veya diğer katalizörlere olan ihtiyacı ortadan kaldırmıştır.
Yeni proje için gözlerini daha spesifik bir hedefe diktiler: FDA onaylı ilaçlarda en yaygın ikinci heterosikl olan piridin. Heterosikller, moleküllerin atomlarının en az biri karbon olmayan halka yapılarına bağlandığı organik bileşiklerdir. Bu yapısal birimler, tıbbi olarak aktif bileşiklerde sıklıkla bulunmalarından dolayı “farmakoforlar” olarak kabul edilir. Tarım kimyasallarında da yaygın olarak bulunurlar.
Araştırmacıların amacı, karboksillenmiş piridinler, yani kendilerine karbondioksit eklenmiş piridinler yapmaktı. Bir piridin halkasına karbondioksit vermenin avantajı, bir molekülün işlevselliğini değiştirebilmesi ve potansiyel olarak proteinler gibi belirli hedeflere bağlanmasına yardımcı olabilmesidir. Bununla birlikte, iki molekül doğal ortaklar değildir. Piridin reaktif bir moleküldür, karbondioksit ise genellikle inerttir.
“Bir piridin’e doğrudan karbon dioksit eklemenin çok az yolu vardır,” dedi Lin, Da-Gang ile birlikte makalenin kıdemli yazarı Sichuan Üniversitesi’nden Yu. “Mevcut yöntemlerin çok ciddi sınırlamaları var.”
Lin’in laboratuvarı, elektrokimya alanındaki uzmanlığını Yu’nun grubunun organik sentezde karbondioksit kullanma konusundaki uzmanlığıyla birleştirdi ve başarılı bir şekilde karboksillenmiş piridinler yaratmayı başardılar.
{6 Lin, “Elektrokimya, size en inert moleküllerden bazılarını bile etkinleştirmeye yetecek potansiyeli çevirmeniz için gereken gücü veriyor” dedi. “Bu reaksiyonu bu şekilde elde edebildik.”
Ekibin şans eseri keşfi, elektrosentezi yürütürken ortaya çıktı. Kimyacılar tipik olarak iki yoldan biriyle bir elektrokimyasal reaksiyon yürütürler: bölünmemiş bir elektrokimyasal hücrede (elektrik akımını sağlayan anot ve katodun aynı çözelti içinde olduğu) veya bölünmüş bir elektrokimyasal hücrede (burada anot ve katot büyük organik molekülleri bloke eden ancak iyonların geçmesine izin veren gözenekli bir bölücü). Bir yaklaşım diğerinden daha verimli olabilir, ancak ikisi de aynı ürünü üretiyor.
Lin’in grubu, bölünmüş bir hücreden bölünmemiş bir hücreye geçerek karbondioksit molekülünü seçici olarak hücrenin farklı konumlarına ekleyebileceklerini buldu. piridin halkası, iki farklı ürün oluşturur: Bölünmemiş hücrede C4-karboksilasyon ve bölünmüş hücrede C5-karboksilasyon.
“Hücreyi basitçe değiştirerek, piridin halkası dediğimiz şeyi ilk kez keşfettik. elektrokimyasal reaktör, ürünü tamamen değiştirirsiniz,” dedi Lin. “Bunun neden olduğuna dair mekanik anlayışın, aynı stratejiyi sadece piridinlere değil diğer moleküllere uygulamaya devam etmemize ve belki de bu seçici ama kontrollü şekilde başka moleküller yapmamıza izin vereceğini düşünüyorum. Bence bu, diğer sistemlere genelleştirilebilecek genel bir ilkedir.”
Projenin karbondioksit kullanım biçimi, küresel iklim değişikliği sorununu çözmeyecek olsa da Lin, “bu, ilerlemeye yönelik küçük bir adım. yararlı bir şekilde aşırı karbondioksit kullanmak.”
Referans: “Elektrokimyasal reaktör, N-heteroaren karboksilasyonlarında bölge seçiciliğini belirler”, yazan Guo-Quan Sun, Peng Yu, Wen Zhang, Wei Zhang, Yi Wang, Li- Li Liao, Zhen Zhang, Li Li, Zhipeng Lu, Da-Gang Yu ve Song Lin, 5 Ocak 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-022-05667-0
{ 6}Çalışma, Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü, Eli Lilly, Cornell ve Sloan Vakfı tarafından finanse edildi.