Yüz yıllık kimya problemi çözüldü

Scripps Araştırma Enstitüsü'nde (TSRI) çalışan kimyagerler organik kimyanın “temel tepkimelerinden” birini, yüz yıldır mümkün olmadığı düşünülen bir dönüşümde inatçı bir sınıf kimyasal maddeye uygulamayı başardı.

Klasik SN2 (nükleofil yer değiştirme-2) tepkimesi, kimyagerlere pek çok ilaç ham maddesini ve diğer pek faydalı organik molekülü oluşturma imkânı sağlamış. SN2 tepkimesinin belirli bileşiklere uygulanamayacağı düşünülüyordu, ancak 12 Eylül 2013 tarihinde Nature isimli çok prestijli bir bilim dergisinde yayınlanan makale ile, bahsedilen sınırlama ortadan kalkmış oldu.

TSRI Yardımcı Doçent Ryan A. Shenvi, çalışmanın baş yazarı olarak şöyle diyor: “Bu özel tekniğe yanıt veren moleküllerin sayısını genişlettik, örneğin şimdi, ümit veren sıtma ve kanser ilaçlarını kimyasal olarak oluşturabiliyoruz, eskiden bunları hazırlamamız mümkün olmuyordu”.

ÇN: SN2 tepkimesinin en meşhur tanımlarından biri, rüzgârda bir şemsiyenin açılması olarak verilebilir. Bir molekül diğerine çarptığında, çarpılan moleküldeki optikçe aktif merkezler, örneğin sola yatkın ise sağa yatkın olur, özetle bir dönüşüm gerçekleşir.

SN2 tepkimesi merkezi bir karbon atomundan fonksiyonel grup dediğimiz bir kısmın ayrılması için kullanılabilir, aynı zamanda başka bir fonksiyonel grup karbon atomunun karşı tarafına eklenmiş olur. Bu yapısal çevrilme, bir bileşiğin kimyasal özelliklerini belirgin şekilde değiştirebilir.

Shenvi, şöyle diyor: “Bu, bir şemsiyenin içini dışına çıkarmaya benziyor. SN2 tepkimesi, karbon atomunun stereokimyası dediğimiz özelliğini tahmin edildiği gibi değiştiriyor”.

Geleneksel olarak, stereo-dönüşüm tepkimeleri 1896 yılında Paul Walden tarafından keşfedilmiştir ve üçüncül alkollere veya türevlerine uygulanamıyordu, hattâ 1900'lerin başında Christopher Ingold tarafından bu konuya dikkat çekilmiş idi. Bu bileşiklerde ilgilendiğimiz karbon atomu diğer üç adet karbon atomuna bağlı durumdadır ve tepkimeye karşı korunmaktadır.

Uzun süredir başarılamayan bu sınırlamayı gidermek amacıyla, Shenvi ve yardımcısı Sergey V. Pronin özel bir asit katalizörü ve bir siyanür türevi olan olağan dışı bir azotlu bileşiği kullandı. Asit merkez karbon atomunun bir tarafından fluorlu bir fonksiyonel grubu ayırırken azot diğer taraftaki yeni bir bağ oluşturuyor, böylece stereo-dönüşüm işlemi tamamlanıyor.

Pronin, konu hakkında şöyle diyor: “Buradaki temel fikir, bir stereokimyasal dizilime sahip üçüncül alkolle başlıyorsunuz, azotlu fonksiyonel grubu ilave ediyorsunuz, sonuçta ters stereokimyasal dizilime sahip başka bir molekülü elde ediyorsunuz”.

Pronin ve lisans üstü öğrencisi Chris Reiher nispeten az sayıda tepkime adımı kullanarak bir seri bileşiği oluşturmak veya değiştirmek için yeni tekniği uyguladı, başlangıç maddesi olarak ucuz ve kolay bulunabilen üçüncül alkoller tercih edildi. Pronin şöyle diyor: “Bir örnekte, E vitamini olan tokoferolün bir türevini aldık, birkaç adımda aza-tokoferol adı verilen ve oksijen atomunun azot ile yer değiştirmiş olduğu ürünü elde ettik, başka bir şekilde bu bileşiğin elde edilmesi son derece zor olur”.

Kimyagerler yeni tepkimenin deniz süngerleri ve diğer okyanus hayvanları tarafından üretilen deniz izosiyanoerpenler olarak bilinen bileşiklerin hazırlanması oldukça basitleşmiş oldu. Bu bileşiklerin bir kısmının kanser, sıtma, mantar ilaçları ve diğer faydalı özellikleri olduğu tespit edildi, ancak sentez kimyası kullanılarak sentezlenmesi son derece zor. Yeni teknik ile, araştırmacılar pek çok sayıda ve her biri son derece az miktarda bulunan deniz kökenli izosiyanoterpen bileşiklerine bol bulunan ve yenilenebilir olan kara terpenleri kullanılarak geçilebilir ve daha önce bildirilenlere göre çok daha az adım ile hedefe ulaşılabilir.

Yeni yöntem organik kimyagerlerin zorlandığı bir boşluğu dolduracak niteliklere sahip. Ancak Shenvi bu tepkimenin tepkimeye katılan diğer unsurlar ile birlikte üçüncül alkollerin SN2-benzeri yer değiştirmelerine uygulanabilmesi için çalışmalarını sürdürüyor. Shenvi, şöyle diyor: “Bu tepkime bize karbon-oksijen, karbon-kükürt ve hattâ karbon-karbon bağlarını oluşturmak üzere üçüncül karbonların stereo-dönüşümlerini nasıl yapacağımızı gösteriyor”.

Not: 2013 yılı, Paul Walden'in doğumunun 150. yılına denk gelmektedir.

 

Tavsiye edilen bağlantılar:

http://phys.org/news/2012-09-chemistry-technique-nature-elusive-complexity.html#inlRlv

http://dx.doi.org/10.1038/nature12472

http://phys.org/journals/nature/

http://phys.org/partners/the-scripps-research-institute/

Kaynak:

http://phys.org/news/2013-09-century-old-chemistry-problem.html

Kategoriler

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap