Kimyagerler Üç Boyutlu Moleküler Yapıların Üretiminde Çığır Açıyor
Fotoğraf 1: Kimyagerler bu deneysel düzeneği fotokimyasal reaksiyonlar için kullanıyorlar.
Son yıllarda organik ve tıbbi kimyanın ana hedefi, yeni ilaçların geliştirilmesi için üç boyutlu moleküllerin hızlı sentezi olmuştur. Bu ilaç adayları ağırlıklı olarak düz moleküler yapılarla karşılaştırıldığında, daha yüksek etkinlik ve başarı oranları ile klinik deneylere yansıyan çeşitli gelişmiş özellikler göstermektedirler. Ancak, daha önceki yöntemler kullanılarak yalnızca büyük bir maliyetle üretilebilirlerdi ya da hiç üretilemezlerdi. Frank Glorius (Münster Üniversitesi, Almanya) ve meslektaşları Prof.M Kevin Brown (Indiana Üniversitesi Bloomington) ve Prof. Kendall N. Houk (California Üniversitesi, Los Angeles) liderliğindeki kimyagerler, birkaç düz nitrojen içeren molekül sınıfını istenen üç boyutlu yapılara dönüştürmeyi başardılar. 100’den fazla yeni örnek kullanarak, prosesin genel uygulanabilirliğini göstermeyi başardılar.
Işık Aracılığıyla Yapılan Enerji Transferi, Enerji Bariyerini Aşıyor
Üç boyutlu yapıları sentezlemenin en etkili yöntemlerinden biri siklo katılma olarak bilinen bir molekülün diğerine eklenmesidir. Bu süreçte moleküller arasında iki yeni bağ ve yeni bir halka oluşur. Aromatik sistemler için- diğer bir deyişle yassı ve özellikle stabil halka bileşikleri – bu reaksiyon, önceki metotlarla mümkün değildi. Böyle bir siklo katılmayı engelleyen enerji bariyeri, ısı uygulamasıyla bile aşılamadı. Bu nedenle, “Science” makalesinin yazarları, ışık aracılığıyla yapılan enerji transferi yoluyla bu engelin üstesinden gelme olasılığını araştırdılar.
Frank Glorius, “Daha karmaşık, kimyasal yapılar oluşturmak için ışık enerjisi kullanma modeli ayrıca doğada da bulunuyor” diye açıklıyor. “Tıpkı bitkilerin basit yapı taşları olan karbondioksit ve sudan, şeker moleküllerini sentezlemek için fotosentezde ışığı kullanması gibi, biz de düz temel yapılardan karmaşık, üç boyutlu hedef moleküller üretmek için ışık aracılığıyla yapılan enerji transferini kullanıyoruz.”
Fotoğraf 2: Azot içeren düz bir molekül, fotokimyasal sentez yoluyla üç boyutlu bir moleküle dönüştürülür (resim). Ok üzerindeki Çince karakter “ışık” anlamına gelir.
Farmasötik Uygulamalar için Yeni İlaç Adayları?
Bilim insanları, yöntemin “muazzam olasılıklarına” dikkat çekiyorlar. Ekip tarafından “Science” makalesinde sunulan yeni, geleneksel olmayan yapısal modeller tıbbi kimyagerlerin yeni ilaç arayışlarında dikkate alabilecekleri moleküllerin aralığını önemli ölçüde genişletecektir: örneğin, nitrojen içeren ve seçicilik ve reaktivite sorunları nedeniyle nadiren kullanılan kinolinler, izokinolinler ve kinazolinler gibi farmasötiklerle oldukça ilgili temel yapı taşları. Işık aracılığyla yapılan enerji transferi sayesinde artık, yeni üç boyutlu ilaç adaylarını veya bunların omurgalarını elde etmek için yapısal olarak çeşitli alkenlerle birleştirilebilirler. Kimyagerler farmasötik uygulamaların önünü açmak için uzmanlıklarını kullanarak ayrıca bu sentezlenmiş omurgaların daha fazla işlenmesi için çeşitli yenilikçi dönüşümler gösterdiler. Yöntemin mükemmel uygulanabilirliği ve gerekli başlangıç materyallerinin varlığı, teknolojinin gelecekteki kullanımı için çok önemlidir: kullanılan moleküller ticari olarak düşük maliyetli veya üretimi kolaydır.
“Bu keşfin yeni tıbbi ajanların geliştirilmesinde yeni bir ivme kazandıracağını ve ayrıca disiplinler arası bir şekilde uygulanacağını ve daha fazla araştırılacağını umuyoruz” diye açıklıyor Jiajia Ma. Kevin Brown ekliyor: “Bilimsel atılımımız, bitki koruma maddelerinin ve daha fazlasının keşfedilmesinde de büyük önem kazanabilir.”
Deneysel Kimya ve Bilgisayarlı Kimyanın Sinerjisi
Çalışmanın bir başka özelliği: Bilim insanları, ilk kez üretilen moleküllerin reaksiyon mekanizmasını ve kesin yapısını sadece analitik ve deneysel olarak değil, aynı zamanda bilgisayarlı kimya yoluyla da netleştirdiler: Kendall Houk ve Shuming Chen, reaksiyonun ayrıntılı bilgisayar destekli modellemesini gerçekleştirdiler. Bu tepkimelerin nasıl çalıştığını ve neden çok seçici olduğunu gösterebildiler.
Şu anda Ohio’daki Oberlin Koleji’nde profesör olan Shuming Chen, “Bu çalışma, deneysel ve bilgisayarlı teorik kimyanın sinerjisinin en iyi örneğidir.” diyor.
Kendall Houk, ” Ayrıntılı mekanik açıklamamız ve reaktivite kavramlarının anlaşılması, bilim insanlarının tamamlayıcı yöntemler geliştirmesine ve öğrendiklerimizi gelecekte daha verimli sentetik yollar tasarlamak için kullanmasına olanak tanıyacak” diye ekliyor.
Yayının Arkasındaki Hikaye
Işık aracılığıyla yapılan enerji transferi yöntemini kullanarak, hem Jiajia Ma / Frank Glorius (Münster Üniversitesi) hem de Renyu Guo / Kevin Brown (Indiana Üniversitesi) birbirlerinden bağımsız olarak başarılı oldular. UCLA’da Kendall Houk ve Shuming Chen ile yapılan işbirliği sayesinde, her iki araştırma grubu da karşılıklı olarak keşfi öğrendi. Üç grup, buluşlarını en kısa sürede bilim camiasıyla paylaşmak ve bu teknolojiyi tıbbi kimyagerlere yeni ilaçlar geliştirmeleri için olanak sağlamak amacıyla birlikte daha da geliştirmeye karar verdiler.
Kaynak: phys.org
