Ny metod för asymmetrisk katalys bäddar för framtidens material och mediciner
Världen över pågår en kapplöpning för att ta fram material som har kapacitet att lösa framtidens behov av nya läkemedel och avancerad optoelektronik. Men framställningsprocesserna för att få fram material med lämpliga egenskaper är tidskrävande och komplicerade.
Tvärvetenskaplig satsning bryter ny mark
Fyra internationella forskarteam inom områdena organisk kemi, kvantkemi, och spektroskopi går nu samman för att skapa förutsättningar för framställning av en bred skala av bioaktiva substanser och nya material, som kan användas för att hitta framtidens lösningar.
Forskningsområde: organisk kemi/asymmetrisk katalys
Projekt: ”Chiral Geminal Diboronates: Unique Single-Carbon Linchpins for Expansion of the Chemical Space”
Huvudsökande: Kálmán J Szabó, professor vid Institution för organisk kemi vid Stockholms universitet
Medsökande: Fahmi Himo och Belen Martín-Matute, Stockholms universitet och Mate Erdelyi, Uppsala universitet
Beviljade medel: 35 000 000 kronor under fem år
Grundämnet bor
För att en organisk molekyl ska få egenskaper som är viktiga för framställningen av läkemedel, till exempel vissa cancermediciner, och avancerad elektronik, till exempel optoelektronik som finns i bland annat OLED bildskärmar, krävs det ofta att den organiska molekylen innehåller minst en kemisk bindning till grundämnet bor. Molekylen, som då kallas för en organoborförening eller en organoboronat, får delvis en metallorganisk karaktär, som ger väldigt speciella egenskaper till organiska molekyler.
– Organoborföreningar kan reagera på ett speciellt sätt och med hög selektivitet jämfört med andra molekyler, vilket gör dem till mycket eftertraktade reagenser för organisk syntes, säger Kálmán J Szabó, professor vid Institutionen för organisk kemi vid Stockholms universitet.
Spegelvända former
Vissa borföreningar existerar i två spegelvända strukturer, som kallas för kirala former. De flesta egenskaperna är helt identiska mellan de kirala borföreningarna, vilket innebär att syntes av enbart den ena formen är väldigt krävande. De mest eftertraktade organoborföreningar för framställningen av nya bioaktiva molekyler och material innehåller dock bara den ena kirala formen. En effektiv metod för att det ska fungera är att använda så kallad asymmetrisk katalys. Metoden bygger på att små mängder av kirala katalysatorer används för att kopiera den kirala informationen till ett flertal molekyler.
– Men utvecklingen av sådana reaktioner, framför allt för organoborföreningar, kräver noggrann planering och design av katalysatorer. Det gör det till en arbetskrävande och mödosam process, vilket inte alltid passar behovet av snabb utveckling inom läkemedels- och teknikindustrin, säger Kálmán J Szabó.
Ny effektiv metod
Forskargruppen utvecklar därför en ny katalytisk metod för framställningen av kirala borföreningar som innehåller två kol-bor bindningar till samma kolatom, så kallade geminala diborföreningar. I dem kan båda kol-borbindningar ersättas med andra grupper för att erhålla nya kirala substanser. Kirala diborföreningar kan sedan konverteras till en stor variation av nya kirala substanser, som sedan kan användas i läkemedel eller inom modern materialkemi.
– Kirala geminala diborföreningar är utmärkta byggstenar för konstruktionen av stora bibliotek av bioaktiva substanser som kan användas för att hitta framtidens läkemedelsmolekyler. Biblioteken kan sedan effektiviseras med hjälp av AI-styrda syntesplaneringsalgoritmer, säger Kálmán J Szabó.
Fyra ledande forskningsområden
Syntes och användning av kirala borföreningar är ett forskningsfält på gränsen mellan organisk, oorganisk och metallorganisk kemi. För att utveckla nya syntesmetoder krävs djupa kunskaper om dessa föreningars speciella egenskaper och hantering. Forskningsprojektet kommer därför att omfatta fyra ledande forskare inom området: Kálmán J Szabó, Fahmi Himo och Belen Martín-Matute från Institution för organisk kemi vid Stockholms universitet, och Mate Erdelyi från Institutionen för kemi - BMC vid Uppsala universitet. För att bättre förstå reaktionsmekanismerna och i förlängningen utveckla förbättrade syntesmetoder kommer forskargruppen att använda sig av organisk syntes (Kálmán J. Szabó och Belen Martín-Matute), kvantkemiska beräkningar (Fahmi Himo) och NMR spektroskopiska metoder (Mate Erdelyi).
– Ingen av oss hade kunnat genomföra dessa studier på egen hand, men med våra kompletterande kompetenser bildar vi tillsammans ett internationellt slagkraftigt team som kan bidra till framtida forskning och nya lösningar på hög vetenskaplig nivå, säger Kálmán J Szabó.
Senast uppdaterad: 15 oktober 2024
Sidansvarig: Kommunikationsavdelningen