Forscher lösen 120 Jahre altes Problem mit neuer chemischer Verbindung
Der Zugang zu diesen Molekülen kann große Auswirkungen auf die Landwirtschaft, die Pharmazie und die Elektronik haben
Chemiker des University of Minnesota Twin Cities College of Science and Engineering haben zum ersten Mal eine hochreaktive chemische Verbindung gefunden, die Wissenschaftlern seit mehr als 120 Jahren unbekannt war. Die Entdeckung könnte zu neuen medikamentösen Behandlungen, sichereren landwirtschaftlichen Produkten und besserer Elektronik führen.
Diese Grafik zeigt die chemische Verbindung, die das Chemikerteam entdecken konnte.
The Roberts Group/University of Minnesota
Seit Jahrzehnten untersuchen Forscher Moleküle mit der Bezeichnung N-Heteroarene, das sind ringförmige chemische Verbindungen, die ein oder mehrere Stickstoffatome enthalten. Bioaktive Moleküle mit einem N-Heteroaren-Kern werden für zahlreiche medizinische Anwendungen, lebensrettende Pharmazeutika, Pestizide und Herbizide und sogar für die Elektronik verwendet.
"Während der Durchschnittsmensch nicht täglich an Heterozyklen denkt, finden diese einzigartigen stickstoffhaltigen Moleküle in allen Bereichen des menschlichen Lebens breite Anwendung", so Courtney Roberts, Hauptautorin der Studie und Assistenzprofessorin am Department of Chemistry der University of Minnesota, die die 3M Alumni Professur innehat.
Diese Moleküle werden von vielen Industriezweigen stark nachgefragt, sind aber für Chemiker extrem schwierig herzustellen. Bisherige Strategien konnten zwar auf diese spezifischen Moleküle abzielen, aber die Wissenschaftler waren nicht in der Lage, eine Reihe dieser Moleküle herzustellen. Ein Grund dafür ist, dass diese Moleküle extrem reaktiv sind. Sie sind so aktiv, dass Chemiker mithilfe von Computermodellen vorausgesagt haben, dass es unmöglich sein sollte, sie herzustellen. Dies stellt seit mehr als einem Jahrhundert eine Herausforderung dar und hat eine Lösung zur Herstellung dieser chemischen Substanz verhindert.
"Wir waren in der Lage, diese chemischen Reaktionen mit speziellen Geräten durchzuführen und dabei Elemente loszuwerden, die in unserer Atmosphäre häufig vorkommen", so Jenna Humke, Doktorandin der Chemie an der University of Minnesota und Hauptautorin der Studie. "Glücklicherweise verfügen wir an der Universität von Minnesota über die entsprechenden Geräte. Wir führten die Experimente unter Stickstoff in einer Handschuhbox mit geschlossener Kammer durch, die eine chemisch inaktive Umgebung schafft, in der wir die Proben testen und bewegen können.
Diese Experimente wurden mit Hilfe der organometallischen Katalyse durchgeführt - der Wechselwirkung zwischen Metallen und organischen Molekülen. Die Forschung erforderte die Zusammenarbeit zwischen organischen und anorganischen Chemikern. Dies ist etwas, das an der Universität von Minnesota üblich ist.
"Wir waren in der Lage, diese seit langem bestehende Herausforderung zu lösen, weil die Chemieabteilung der Universität von Minnesota insofern einzigartig ist, als wir keine formellen Abteilungen haben", fügte Roberts hinzu. "Dies ermöglicht es uns, ein Team von Experten aus allen Bereichen der Chemie zusammenzustellen, was für die Durchführung dieses Projekts von entscheidender Bedeutung war.
Nachdem die chemische Verbindung in dieser Arbeit vorgestellt wurde, werden die nächsten Schritte darin bestehen, sie Chemikern aus verschiedenen Bereichen zugänglich zu machen, um den Entstehungsprozess zu rationalisieren. Dies könnte zur Lösung wichtiger Probleme wie der Verhinderung von Nahrungsmittelknappheit und der Behandlung von Krankheiten beitragen, um Leben zu retten.
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