혁신적인 3D 분자를 생산하는 새로운 방법

이름에서 알 수 있듯이, 고리 모양의 "케이지 분자"는 케이지와 비슷하며, 이러한 3차원 구조로 인해 관련 평평한 분자보다 훨씬 더 안정적입니다. 결과적으로, 방향족 화합물 그룹의 기존 분자 고리에 대한 가능한 대안을 나타내므로 약물 개발자에게 흥미로울 수 있습니다. 화학자 Frank Glorius 교수가 이끄는 뮌스터 대학교(독일)의 연구팀은 소위 헤테로원자 치환 3D 분자를 생산하는 새로운 방법을 개발했으며, 그 결과를 저널 Nature Catalysis 에 발표했습니다. 이 혁신적인 구조는 반응 파트너의 긴장된(고에너지) 고리에 3원자 단위를 정확하게 삽입하여 만들어집니다.

방향족 고리는 유기 분자의 평평한 고리입니다. 이들은 의약품과 농약에서 가장 흔한 성분 중 하나입니다.

그러나 이러한 구조는 생리학적 조건에서 불안정해질 수 있으며 이로 인해 약물 화합물의 효과를 방해할 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 더 단단하고 더 안정적인 케이지 모양의 고리인 복잡한 3차원 대안을 탐구해 왔습니다.

벤젠(6개의 탄소 원자로 구성된 고리)과 같은 단순한 평평한 고리를 대체하는 3D 물질은 이미 사용 가능하지만, 질소, 산소 또는 황과 같은 하나 이상의 다른 중요한 원자를 포함하는 평평한 고리의 3D 버전을 합성하는 것은 훨씬 더 어렵습니다.

이러한 소위 "헤테로방향족" 고리는 약물에서 특히 흔합니다.

뮌스터 대학의 연구진은 반응성이 매우 높은 분자인 바이사이클로부탄을 사용하고, 광에너지로 화학 반응을 유발함으로써 획기적인 성과를 거두었습니다.

Glorius 교수는 "광에 민감한 촉매를 사용하여 질소, 산소, 탄소 원자를 이 매우 반응성이 큰 작은 이중 고리 분자에 정확하게 삽입하여 새로운 유형의 3D 고리를 합성할 수 있었습니다."라고 설명했습니다.

이전 연구는 주로 바이사이클로부탄에 탄소 원자를 삽입하는 데 초점을 맞췄습니다.

이와 대조적으로 질소 및/또는 산소와 같은 헤테로원자를 삽입하면 케이지 모양의 3D 고리의 새로운 유사체가 생성됩니다.

Chetan Chintawar 박사는 "이러한 새로운 고리는 약물 분자에서 평평한 헤테로방향족 고리를 대체하는 데 사용될 수 있는 잠재력이 있어 약물 개발에 새로운 가능성을 열어줄 것"이라고 말했습니다.

합성된 고리는 안정적이고 다재다능하며 쉽게 변형될 수 있어, 다른 수많은 순환 분자를 만드는 데 유용한 구성 요소가 됩니다.

연구자들은 반응의 메커니즘을 이해하기 위해 실험적 및 계산적 연구를 수행했습니다. 그들은 반응이 여기된 촉매에서 최종 제품을 전달하는 반응물로의 광 유도 전자 전달 이벤트에 의해 시작된다고 제안합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241023131343.htm