Sentetik kimyagerlerin karşılaştığı temel zorluklardan biri, serbest radikaller üzerinde kontrol sağlamaktır. Eşleşmemiş bir elektrona sahip yüksek reaktif moleküller, serbest radikaller, size tanıdık gelebilir; bunlar oksidatif stresi kontrol altına almak için antioksidan takviyeleri aldığımız moleküllerdir. ancak sentetik kimya dünyasında serbest radikaller çok şey vaat ediyor.
“Serbest radikal kimyası, hem biyoaktif küçük moleküllerin hem de günlük polimerlerin sentezi için çok kullanışlıdır” diyen UC Santa Barbara Kimya Profesörü Yang Yang, konuyla ilgili Nature Catalysis‘te yer alan makalenin yazarıdır. “Bununla birlikte, serbest radikal aracılı reaksiyonlar üzerinde stereokontrol uygulamak, asimetrik kataliz topluluğunu onlarca yıldır atlatmıştır. Serbest radikal kimyasının sınırlarını daha da zorlamak için biyokatalitik stratejiler geliştirmeye çalışıyoruz.”
Yang ve meslektaşları, serbest radikallerin sentetik potansiyelini tam olarak ortaya çıkarmak için, atomların ve moleküllerin üç boyutlu yönelimine odaklanan ve “3D kimya” olarak da bilinen stereokimyaya odaklanıyor.
Organik moleküllerin stereokimyası, özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Örneğin, (S)-karvon veya “sol elli” karvon nanenin kendine özgü kokusunu oluşturan birincil bileşendir. Buna karşılık, (R)-karvon veya “sağ elli” karvon kimyon tohumlarında bulunur ve tamamen farklı bir kokuya sahiptir. Bu nedenle, stereokimyayı hassas bir şekilde kontrol etmek sentetik kimyanın ana hedeflerinden biridir. Bunu başarmak için kimyagerler, kimyasal reaksiyonları işlem sırasında kendileri tüketilmeden veya dönüşmeden mümkün kılan ve onları yeniden kullanılabilir hale getiren maddeler olan katalizörlere yöneldi.
Bu tür bir stereokontrolü başarmak küçük bir başarı değildir. Yang, “Genel olarak, serbest radikalleri istenen stereokimyaya doğru yönlendirmek çok zordur” dedi. Serbest radikaller bir kez oluştuktan sonra katalizörle sıkı bir etkileşime girmezler. Buna ek olarak, bu radikaller aslında başka bir anlamda da özgürdürler – potansiyel reaktif bölgelerden hızla uzaklaşabilirler.
Ancak Yang ve ortaklarının ellerinde birkaç numara var: Metaloenzimler – seçici dönüşümler için bu serbest radikalleri üretebilen ve dizginleyebilen, reaktif bir metal merkeze sahip doğal olarak oluşan proteinler.
Yang, “Özellikle bu makalede, bir radikal türün aromatik bir bileşiğe stereoselektif olarak eklenmesinin nasıl kontrol edileceği gibi bu alandaki bir sorunu çözüyoruz” dedi. “Bu durumda radikal, rasemik başlangıç malzemesinden elde ediliyor.”
İşte üç boyutlu kimya burada devreye giriyor. “Rasemik”, malzemenin eşit oranlarda “sol elli” ve “sağ elli” (“kiral” olarak da bilinir) moleküllerden oluştuğu anlamına gelir – aynı atomlardan oluşan asimetrik moleküller, bu nedenle kimyasal olarak aynıdır ancak birbirlerinin ayna görüntüleridir. Elleriniz gibi, onları yansıma açısından eşleştirebilirsiniz ancak aynı yöne bakacak şekilde üst üste koyamazsınız. Bu da normal şartlar altında enzimler için bir sorun teşkil eder.
Yang, “Enzimler yaygın olarak çok spesifik katalizörler olarak algılanıyor” dedi. Yang, “Eğer enzimler bu kadar spesifikse ki doğada çoğu zaman böyle olur, o zaman enzim kiral bir bileşiğin sadece bir enantiyomerik formunu tanıyabilir ve dönüştürebilir” dedi. “Ve çoğu zaman enzim ayna görüntüsünü kabul etmez.
Yang sözlerine şöyle devam etti: “Ancak bizim çalışmamızda, başlangıç malzemesinin hem sol elli hem de sağ elli formunu kabul edebilen ve ardından bu başlangıç malzemelerini mükemmel bir seçicilikle aynı ana enantiyomerik ürüne dönüştürebilen bir enzim tasarladık.”
Araştırmacılar makalelerinde, oldukça reaktif radikal türler üretmek için demire bağlı bir enzim kullandılar. Yönlendirilmiş evrim yoluyla, mükemmel seçicilikle sol elli veya sağ elli ürün üretmek için bir dizi seçici demir enzimi tasarladılar. Ayrıca, üçüncü bir “kinetik çözünürlük” enzimiyle, araştırmacılar sol elli başlangıç maddesini seçici olarak dönüştürebiliyor ve sağ elli başlangıç maddesine dokunmadan bırakabiliyor.
Yang, “Dolayısıyla, aromatik bileşiklerin radikal işlevselleştirilmesi için çeşitli stereokontrol türlerine izin veren bir enzim araç kutusuna sahibiz” dedi. “Ve yine de bu enzimler birbirlerinden sadece birkaç mutasyonla farklılık gösteriyor.” Yang, biyokatalizörlerin bu büyüyen araç kutusunun, organik kimyagerlerin karşılaşmaya devam ettiği klasik bir sorun olan 3D kimyaları üzerinde daha iyi kontrol sahibi olmalarına yardımcı olacağını umuyor.
Yang, “Metaloenzimlerimiz serbest radikallerin seçiciliklerini kontrol etmek için potansiyel olarak genel bir çözüm sağlıyor” dedi. “Dolayısıyla oluşturduğumuz bu biyokatalitik çözümlerin akademi ve endüstride kiral bileşiklerin sentezini ve çalışılmasını kolaylaştıracağını umuyoruz.” [1]A ‘toolbox of biocatalysts’ improves control over free radicals[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | A ‘toolbox of biocatalysts’ improves control over free radicals |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
