Eine Zusammenarbeit von Geist und Metall

Im vergangenen Januar Derek Ahneman , ein Doktorand im Labor von Abigail Doyle, einem Princeton University Associate Professor für Chemie, begann die Arbeit an einem ehrgeizigen neuen Projekt : Er schlug die Fusion der beiden Bereiche der Forschung , um eine leistungsfähige Reaktion , dass weder konnte aktivieren weitgehend erreichen eigenständig.

Ein Feld, das die Domäne des Doyle Forschungsgruppe ist , war Nickelkatalyse , wobei Nickel drückt in und aus der chemischen Bindungen zu Molekülen zusammenzubringen. Das andere Feld war Photoredoxkatalyse , das Licht verwendet, um eine Reihe von einzigartigen Bindungsbruch und Bindungsdungs​​Veranstaltungen ein Elektron zu einem Zeitpunkt, zu initiieren. Diese Art der Katalyse ist der Forschungsschwerpunkt der David MacMillan, James S. McDonnell Distinguished Universität Professor für Chemie und Lehrstuhlinhaber an der Princeton , dessen Labor ist ein führendes Unternehmen auf dem Gebiet und auch das gleiche Etage an der Frick Chemistry Laboratory belegen.

"Wir haben versucht es , einen Treffer und lief den Gang hinunter , um mit Dave zu sprechen ", sagte Doyle . Es stellt sich heraus MacMillans Labor war mit einem sehr ähnlichen Idee gekommen und hatte auch bekommen erste Ergebnisse , so dass an dieser Stelle eine natürliche Zusammenarbeit entstanden, sagte sie.

Gemeinsam berichtet 5. Juni in der Zeitschrift Science , hat die Reaktion eine direkte Bindung zwischen traditionell nicht reaktiven Kopplungspartner , um eine schwierige Verbindung ausmachen, zu diesem Punkt. Diese Bindungsbildung bietet eine hervorragende Verknüpfung für Chemiker wie sie zu bauen und testen Sie Tausende von Molekülen , um neue Medikamente zu finden.

MacMillan verglich ihre Entdeckung auf der Suche nach einer Falltür , die mit einem Keller voller Gold geführt. " Sie müssen noch herausfinden, wie alles Gold aus dem Keller zu bekommen, aber es ist eine tolle Sache, dass Sie die Falltür zu finden ", sagte er .

Die Reaktion wurde durch die Labore ' zwei verschiedene Katalysatoren, die kleine Moleküle, die die gewünschten Bindungen reagieren ermöglicht dann in ihre ursprüngliche Form zurück und wiederholen Sie den Vorgang . Aussetzen der in der MacMillan Labor Leuchtdioden (LEDs) entwickelt Photoredox- Katalysator oder sogar Glühbirnen bietet genug Energie sie außerordentlich reaktiven zu machen. Diese Katalysatoren werden destabilisiert und hinzufügen oder entfernen können ein Elektron von einem anderen Molekül , die auf geht , neue Bindungen zu bilden .

"Chemiker beginnen, dieses Feld zu schätzen , weil es Ihnen , die Dinge , die effektiv nicht möglich waren ", sagte MacMillan .

Der Nickel-Katalysator , die wurde ausgiebig von den Doyle -Labor untersucht ist bekannt für seine niedrigen Kosten und die Fähigkeit, selektiv bestimmte Moleküle . Nickel -Katalyse ist zu einem wichtigen Teil der Apotheke Werkzeugsatz aufgrund der Vorhersehbarkeit dieser Methoden , die Ahneman .

Bei der Reaktion in Science berichtet , transformiert die Photoredox- Katalysator eine Carbonsäure - eine einfache und reichlich Kohlenstoff basierende Verbindung in zahlreichen Materialien wie Seife und Steroiden - in eine sehr reaktive Stelle auf dem Molekül . Diese Stelle wurde dann mit dem Nickelkatalysator abgefangen und an einem Aren , ein ringförmiges Molekül , die in Wirkstoffkandidaten häufig vorhanden ist, gekoppelt ist. Das Endergebnis war eine Anleihe weder Katalysator konnte effizient selbst zu konstruieren.

Die Photoredox- Katalysatoren führte die Carbonsäuren als Kupplungspartner , Moleküle, die außerhalb der Reichweite der Nickel-Katalysatoren gewesen war. Inzwischen Nickel zuverlässig geliefert Aren Kupplungspartner mit einer Vielzahl von Molekülen , angehängt Ausweitung der verfügbaren Katalysatoren Photoredox- Optionen , die vorher auf eine Untergruppe von Arenen , um Gruppen , die Elektronen craved befestigt begrenzt wurden .

" Ich finde es bemerkenswert , dass man zwei Katalysatoren bei der Umsetzung , sowohl in den Rollen , die sie am besten auf , und doch sind immer noch untereinander kompatibel ", sagte Doyle .

Die Forscher zeigten auch die beispiellose Kopplung zwischen einem Aren und Dimethylanilin, einer Verbindung, die die Carbonsäuregruppe fehlt . Dieses Ergebnis öffnet die Tür zu verbinden Formationen direkt von der Regel nicht reaktiven Kohlenstoff -Wasserstoff-Bindungen geschaffen , weitere befreien Chemikern nützliche Moleküle aufzubauen.

"Was wir gefunden wirklich mächtig über diese Arbeit ist nicht nur die Kombination von Photoredox- und Nickelkatalyse auf eine bestimmte Reaktion zu erreichen, sondern dass es ermöglicht, eine ganze Plattform neuer Reaktionen ", sagte Jack Terrett , ein Doktorand in der MacMillan Labor und Co -Autor auf den Artikel .

Bei der Erforschung der Anwendungsbereich der Reaktion wurden die Forscher von beiden Katalysatoren die Fähigkeit , konsequent , unabhängig von der Anwesenheit einer Vielzahl von Gruppen führen beeindruckt. Innerhalb von ein paar Wochen haben die Forschungsteams hatten ihre Reaktion verwendet werden, um mehr als zwei Dutzend Produkte in hohen Ausbeuten zu machen.

"Es war durch unsere Diskussionen, die wir in der Lage , dies zu verwirklichen , so schnell", sagte Zuo Zhiwei , ein Postdoc-Forscher in der MacMillan Labor und führen Autor auf dem Papier. Indem sie ihr Know-how konnten die Forscher in der Lage, Einblick in den Mechanismus so dass sie schnell Fortschritte das Projekt zu gewinnen.

Auch in Zukunft werden die beiden Labors vor, in engem Kontakt zu bleiben, aber die Entwicklung der Chemie unabhängig , so dass sie mehr an Boden zu decken.

Das Papier , "Zusammenführen Photoredox- mit Nickelkatalyse : Kopplung von α - Carboxy sp3 - Kohlenstoffe mit Arylhalogeniden , " wurde online von Wissenschaft 5. Juni veröffentlicht Die Forschung wurde von der National Institute of General Medical Sciences Zuschuss Nr unterstützt ( R01 GM103558- . 01 und R01 GM100985-01 ) , Merck, Amgen , Eli Lilly, Roche und Postdoktoranden aus dem Shanghai Institute of Organic Chemistry .


Princeton University Forscher zusammengeführt zwei starke Bereiche der Forschung , um eine beispiellose chemische Reaktion , dass weder im Großen und Ganzen zu erzielen konnten auf eigene ermöglichen . Die sich ergebende Bindungsbildung könnte eine hervorragende Verknüpfung für Chemiker stellen , wie sie zu bauen und testen Sie Tausende von Molekülen , um neue Medikamente zu finden. Bei der Transformation , eine Carbonsäure ( links) reagiert mit einem Arylhalogenid (rechts) in der Gegenwart von kleinen Mengen einer Iridiumphotokatalysator und einem Nickel-Katalysator , um eine direkte und eindeutige Bindung zwischen zwei sehr weit verbreitete Klassen von Molekülen bilden .
Mit freundlicher Genehmigung von Wissenschaft / AAAS