חידת כימיה בת המאה נפתרה: חוקרים חושפים תרכובת משנה משחק

רתימת המולקולות הללו יכולה להשפיע באופן משמעותי על החקלאות, התרופות והאלקטרוניקה.

כימאים מאוניברסיטת מינסוטה Twin Cities College למדעים והנדסה הצליחו לסנתז תרכובת כימית מאוד תגובתית שחמקה מהמדענים במשך יותר מ-120 שנה. פריצת דרך זו עשויה לסלול את הדרך לפיתוח טיפולים תרופתיים חדשניים, מוצרים חקלאיים בטוחים יותר ואלקטרוניקה משופרת.

במשך עשרות שנים, חוקרים חוקרים מולקולות הנקראות N-heteroarenes, שהן תרכובות כימיות בצורת טבעת המכילות אטום חנקן אחד או יותר. מולקולות ביו-אקטיביות בעלות ליבת N-heteroarene נמצאות בשימוש נרחב עבור יישומים רפואיים רבים, תרופות מצילות חיים, חומרי הדברה וקוטלי עשבים, ואפילו אלקטרוניקה.

"בעוד שהאדם הממוצע לא חושב על הטרוציקלים על בסיס יומי, מולקולות ייחודיות המכילות חנקן מיושמות באופן נרחב בכל היבטי חיי האדם", אמרה קורטני רוברטס, המחברת הבכירה של המחקר והמחלקה לכימיה באוניברסיטת מינסוטה. עוזר פרופסור בעל תואר פרופסור בוגרי 3M.

אתגרים בסינתזה כימית

מולקולות אלו מבוקשות מאוד על ידי תעשיות רבות, אך הן מאתגרות ביותר עבור כימאים. אסטרטגיות קודמות הצליחו למקד מולקולות ספציפיות אלו, אך מדענים לא הצליחו ליצור סדרה של מולקולות אלו. אחת הסיבות לכך היא שהמולקולות הללו הן תגובתיות ביותר. הם כל כך פעילים עד כי כימאים השתמשו במודלים חישוביים כדי לחזות שהם אמורים להיות בלתי אפשריים לביצוע. זה יצר אתגרים במשך יותר ממאה שנה ומנע פתרון ליצירת החומר הכימי הזה.

"מה שהצלחנו לעשות זה להפעיל את התגובות הכימיות האלה עם ציוד מיוחד תוך כדי היפטרות מיסודות הנפוצים באטמוספירה שלנו", אמרה ג'נה הומקה, סטודנטית לתואר שני בכימיה מאוניברסיטת מינסוטה ומחברת ראשית בעיתון. "למרבה המזל, יש לנו את הכלים לעשות זאת באוניברסיטת מינסוטה. ערכנו ניסויים תחת חנקן בתיבת כפפות סגורה, שיוצרת סביבה לא פעילה מבחינה כימית לבדיקה והעברת דגימות".

ניסויים אלה הושגו באמצעות קטליזה אורגנו-מתכתית – האינטראקציה בין מתכות למולקולות אורגניות. המחקר דרש שיתוף פעולה בין כימאים אורגניים ואי-אורגניים כאחד. זה משהו נפוץ באוניברסיטת מינסוטה.

"הצלחנו לפתור את האתגר הממושך הזה מכיוון שהמחלקה לכימיה של אוניברסיטת מינסוטה היא ייחודית בכך שאין לנו חטיבות רשמיות", הוסיף רוברטס. "זה מאפשר לנו להרכיב צוות מומחים בכל תחומי הכימיה, שהיה מרכיב חיוני בהשלמת הפרויקט הזה"

לאחר הצגת התרכובת הכימית במאמר זה, השלבים הבאים יהיו להפוך אותה לזמינה נרחבת לכימאים בתחומים מרובים כדי לייעל את תהליך היצירה. זה יכול לעזור לפתור בעיות חשובות כמו מניעת מחסור במזון וטיפול במחלות כדי להציל חיים.

יחד עם רוברטס והומקה, צוות המחקר של אוניברסיטת מינסוטה כלל את חוקר הפוסט-דוקטורט רומן בלי, הסטודנטים לתארים מתקדמים ארין פלסק, סאללו ס. קארגבו והחוקרת הפוסט-דוקטורט לשעבר אנאבל אנסל.

עבודה זו מומנה בעיקר על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאות והקרן הלאומית למדע. המימון סופק גם על ידי ארבע מלגות מחקר לתארים מתקדמים בחסות אוניברסיטת מינסוטה ומימון סטארט-אפ שסופק על ידי המחלקה לכימיה.