In een recente studie hebben wetenschappers aangetoond dat op koolstof gebaseerde moleculen een aanzienlijk grotere dynamiek bezitten dan eerder werd aangenomen. Krediet: Universiteit van Durham
Wetenschappers hebben in een nieuwe studie aangetoond dat op koolstof gebaseerde moleculen veel dynamischer kunnen zijn dan eerder werd gedacht.
Wanneer een carbon atoom vormt vier bindingen met verschillende groepen, het molecuul kan in twee spiegelbeeldige vormen voorkomen. Deze spiegelbeeldvormen zijn van vitaal belang in de geneeskunde omdat ze verschillende biologische activiteiten hebben.
Gewoonlijk is het onmogelijk om tussen deze ‘enantiomeren’ onderling om te zetten, omdat daarvoor een binding moet worden verbroken, een proces dat te veel energie kost.
De onderzoekers van Durham University en de Universiteit van York toonde aan dat als het chirale centrum deel uitmaakte van een dynamische moleculaire kooistructuur, een eenvoudige herschikking van de kooi zou kunnen leiden tot de omkering van de spiegelbeeldvorm van het molecuul.
[embedded content]
Een animatie van @SciCommStudios die de dynamische inversie van sp3-C-stereochemie in fluxioneel barbaralane en hun metaalcomplexen laat zien.
Op deze manier werd op koolstof gebaseerde stereochemie, die normaal gesproken als vast en rigide wordt beschouwd, dynamisch, fluxioneel en responsief – een nieuw paradigma in koolstofgecentreerde chiraliteit.
De bevindingen worden vandaag (13 maart 2023) gepubliceerd in het tijdschrift Natuur chemie.
De moleculaire kooi heeft negen koolstofatomen in zijn structuur, die bij elkaar worden gehouden door een paar dubbele koolstof-koolstofbindingen en een drieledige cyclopropaanring. Door deze combinatie van bindingen kunnen sommige bindingen in de structuur spontaan van plaats wisselen.
Projectleider, dr. Aisha Bismillah van Durham University, zei: “Onze dynamische koolstofkooien veranderen extreem snel van vorm. Miljoenen keren per seconde springen ze heen en weer tussen hun spiegelbeeldstructuren. Het is echt opmerkelijk om te zien hoe ze zich aanpassen aan veranderingen in hun omgeving.”
Naast het blootleggen van deze unieke dynamische vorm van stereochemische interconversie, toonden de onderzoekers aan dat de voorkeuren van de kooi konden worden doorgegeven aan nabijgelegen metaalcentra, waardoor de mogelijkheid ontstond dat dit type responsieve chiraliteit toepassingen zou kunnen vinden in katalyse en de synthese van chirale moleculen voor biomedische toepassingen.
Nadenkend over de manier waarop deze resultaten gevestigde ideeën omverwerpen, zei Dr. Paul McGonigal van de Universiteit van York: « De manier waarop onze dynamische koolstofkooi interageert met andere moleculen en ionen is fascinerend. De kooi past zich aan, waardoor de spiegelbeeldstructuur de ‘best fit’ wordt.
« We hopen dat dit intrigerende bindingsconcept te zijner tijd in andere contexten zal worden toegepast en mogelijk zal worden gebruikt om nieuwe toepassingen voor meer dynamische moleculaire materialen te ondersteunen. »
Referentie: “Besturing van dynamische sp3-C stereochemie” door Aisha N. Bismillah, Toby G. Johnson, Burhan A. Hussein, Andrew T. Turley, Promeet K. Saha, Ho Chi Wong, Juan A. Anguilar, Dmitry S. Yufit en Paul R. McGonigal, 13 maart 2023, Natuur chemie.
DOI: 10.1038/s41557-023-01156-7
Het onderzoek is gefinancierd door de Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) en Leverhulme Trust.
