Новые SuFEx – реакции обмена фторида серы – позволяют химикам связывать молекулы по своему выбору вместе, используя производные обычного коммерческого химического вещества, которое считается по существу инертным. Команда Шарплесс сделала это химическое вещество надежно и предсказуемо реактивным. Удивительно, но кислотно-щелочные ограничения редко вызывают беспокойство, хотя они являются центральным элементом химии природы и представляют собой огромное препятствие для химиков. Стабильные линкеры также неполярны и могут проникать в клетки, поэтому могут пересекать гематоэнцефалический барьер.
Следовательно, SuFEx дает легкий доступ ко всей неизведанной галактике в пределах химической вселенной.
«Это новое, возникающее явление», – сказал Шарплесс, представитель W.M. Кек Профессор химии и член Института химической биологии Скаггса при TSRI.
Щелочная химия, задуманная в середине 90-х годов как метод открытия новых и улучшения существующей химической реакционной способности, стала повсеместно использоваться в химических науках после открытия в 2002 году азид-алкинового циклоприсоединения, катализируемого медью (CuAAC). Теперь SuFEx – вторая "идеальная" реакция на щелчок, обнаруженная в TSRI.
Открытия Шарплесса и его коллег были опубликованы в Интернете перед печатью в международном химическом журнале Angewandte Chemie.
Химия, которая щелкает
Шарплесс получил Нобелевскую премию по химии 2001 года за открытие и развитие асимметричных каталитических реакций в 80-е годы. Природа обычно создает молекулы «с одной стороны», такие как ДНК, что похоже на винтовую лестницу, по которой вы попадаете слева, но химики не могли надежно создать молекулы с левой или правой стороны.
Асимметричные реакции Шарплесса подарили химикам этот дар в виде общих реакций, в результате которых по желанию получались либо левые, либо правосторонние продукты.
Однако для молодого поколения ученых Шарплесс известен своей химией щелчков.
Разработанный в TSRI в середине 90-х годов, это модульный подход Sharpless для быстрого обнаружения новых или улучшения существующих химических функций. Настоящие щелчки имеют гарантированную надежность и экологически безопасны, протекают в воде при нормальных атмосферных условиях и без значительных побочных продуктов. После открытия в 2002 году катализируемого медью азид-алкинового циклоприсоединения (CuAAC) щелочная химия стала повсеместно использоваться в химических науках, особенно в открытии лекарств, биологии и материаловедении.
Теперь SuFEx дает химии щелчков еще больше возможностей и возможностей.
«Соединения фторида серы известны своей высокой стабильностью, но в конечном итоге мы поняли, что есть способы сделать их полезными для использования – скорость и разнообразие условий реакции, которые они переносят, просто потрясающие», – сказал Цзяцзя Донг, научный сотрудник TSRI и ведущий автор. нового отчета.
Химический состав жизни зависит от полярных фосфатных и амидных линкеров, которые ограничены при входе или выходе из клеток и мембран.
Во время своего трехмиллиардного приключения природа так и не приняла сульфатные связи, но было показано, что SuFEx переносится химическим составом жизни и внутри нее.
Прорыв был сделан благодаря тому, что SO2F2 стал реактивным. SO2F2 – это коммерческий газ, известный как Vikane, самый распространенный в мире фумигант, который используется для создания палаток в зданиях для уничтожения термитов, а также закачивается в огромные склады, чтобы избавить продукцию от потенциальных переносчиков болезней и продлить срок хранения.
Применений много
Одно из самых захватывающих потенциальных применений SuFEx – это обещание найти новые диагностические средства, лекарства и другие терапевтические средства, даже те, которые действуют в организме человека.
Химики TSRI уже используют реактивность SuFEx для точной сборки новых молекул из различных строительных блоков.
Это должно быстро привести к снижению затрат на производство эквивалентов существующих продуктов, а также к внедрению новых продуктов, производимых легкими синтетическими способами.
«Мы считаем, что можем с почти идеальным контролем использовать фториды серы в качестве общих соединителей для соединения молекулярных строительных блоков», – сказал Донг.
В результате реакции легко образуются полисульфатные пластики, целый класс неизученных материалов. Полисульфатные пластики могут, например, иметь свойства, конкурирующие или превосходящие свойства популярных, широко распространенных полимеров, таких как поликарбонаты.
Прочные, эластичные и прозрачные поликарбонаты ежегодно производятся миллионами тонн и используются повсюду в потребительских товарах, от DVD до фонаря кабины самолетов F-22 Raptor. Тем не менее, поликарбонаты довольно легко «гидролизуются» – распадаются в воде. Следствием этого является широко разрекламированное выщелачивание бис-фенола-А, основного строительного блока всех поликарбонатов и имитатора эстрогена.
Стабильный коммерческий полисульфат без выщелачивания является очевидной целью для SuFEx.
Химики долгое время считали, что полисульфаты нельзя получить коммерчески осуществимым методом, но с помощью поразительно простого, контролируемого и масштабируемого процесса команда Шарплесс сделала полисульфатные волокна BPA.
Первоначальные испытания показывают, что этот новый пластик может быть более устойчивым к ударам и разрушению, чем поликарбонаты. «Но это была лишь одна демонстрация техники», – подчеркнул Донг. "Контроль и селективность, которыми мы обладаем в этом процессе, означают, что мы можем полимеризовать широкий спектр различных строительных блоков."
Химики TSRI в настоящее время изучают несколько основных приложений химии SuFEx.