जैविक रूप से महत्वपूर्ण यौगिकों के उत्पादन को सरल बनाने के लिए एक प्रति-सहज रासायनिक प्रतिक्रिया

प्रतिक्रिया लैक्टोन और अन्य जटिल यौगिकों नामक औषधीय रूप से महत्वपूर्ण अणुओं के उत्पादन को सरल बनाती है।

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान बॉम्बे (आईआईटी बॉम्बे) के वैज्ञानिकों ने सिंथेटिक कार्बनिक रसायन विज्ञान में एक बड़ी सफलता हासिल की है। उन्होंने सफलतापूर्वक एक प्रतिक्रिया विकसित की है जो प्राकृतिक उत्पादों और फार्मास्यूटिकल्स में पाए जाने वाले लैक्टोन नामक आवश्यक यौगिकों को बनाने के लिए अप्रतिक्रियाशील कार्बन-हाइड्रोजन (सी-एच) बांड को सक्रिय करती है। आईआईटी बॉम्बे के रसायन विज्ञान विभाग में प्रोफेसर देबब्रत मैती के अनुसंधान समूह द्वारा विकसित यह नई विधि दूरस्थ सी-एच बांड के चयनात्मक सक्रियण की अनुमति देती है जिसके परिणामस्वरूप न केवल लैक्टोन, बल्कि बाइसिकल लैक्टोन (परमाणुओं के दो छल्ले वाले लैक्टोन) का निर्माण होता है। ).

लैक्टोन, विशेष रूप से बाइसिकल लैक्टोन, कई जैविक गतिविधियों वाले प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पदार्थ हैं जिन्होंने दशकों से सिंथेटिक रसायनज्ञों को आकर्षित किया है। इन लैक्टोन का उपयोग पारंपरिक रूप से जीवाणु संक्रमण और सूजन जैसे कि इर्माटाइटिस, एक्जिमा, मुँहासा, आंखों में संक्रमण, निमोनिया और पेट की बीमारियों के इलाज में किया जाता है। प्रोफेसर मैती के समूह के पूर्व डॉक्टरेट शोधकर्ता डॉ जयब्रत दास बताते हैं, "उनके पास चिकित्सीय गुण हैं और दवा विकास में उनकी क्षमता का अध्ययन किया जा रहा है।"

लैक्टोन के उत्पादन के लिए कई मौजूदा तरीके हैं, लेकिन इनमें अक्सर कई बाधाएँ शामिल होती हैं। उन्हें आम तौर पर जटिल शुरुआती सामग्रियों की आवश्यकता होती है जो आसानी से उपलब्ध नहीं होती हैं और इसके बजाय, उन्हें पहले उत्पादित करना पड़ता है। अंततः लैक्टोन उत्पन्न करने के लिए उनमें आम तौर पर कई चरण शामिल होते हैं, जिसमें कई मध्यवर्ती प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं। बड़े पैमाने पर अप्रतिक्रियाशील सी-एच बांड को उपयोगी कार्यात्मकताओं में परिवर्तित करने की प्रक्रिया अक्सर चुनौतियां पेश करती है जब तक कि एक निर्देशन समूह, जो एक अणु का हिस्सा हो सकता है जो प्रतिक्रिया को सुविधाजनक बनाता है, शामिल नहीं होता है। सिंथेटिक रसायनज्ञ एक सरल एकल-चरण प्रतिक्रिया की जांच कर रहे हैं जो लैक्टोन और बाइसिकल लैक्टोन का उत्पादन कर सकती है।

अपने अध्ययन में, जो अब नेचर केमिस्ट्री में प्रकाशित हुआ है, शोधकर्ताओं ने एक नई विधि की परिकल्पना की है जो परंपरा के विपरीत है। उन्होंने सब्सट्रेट के रूप में एल्काइल कार्बोक्जिलिक एसिड का उपयोग किया और उत्प्रेरक के रूप में एक संक्रमण धातु की मदद से इन्हें सक्रिय किया। कार्बोक्जिलिक एसिड कार्बनिक अम्ल होते हैं जिनमें एक कार्बोक्जिलिक समूह और एक प्रतिस्थापन या आर समूह होता है, जिसका सामान्य सूत्र R-COOH होता है, जैसे एसिटिक एसिड (CH3COOH) या फॉर्मिक एसिड (HCOOH)। यहां, आर समूह यह निर्धारित करता है कि कार्बोक्जिलिक एसिड एल्काइल, एल्केलीन या एरिल है। अपने प्रयोग के लिए, शोधकर्ताओं ने सब्सट्रेट के रूप में 3-मिथाइल साइक्लोहेक्सेन एसिटिक एसिड, एक एल्काइल कार्बोक्जिलिक एसिड और उत्प्रेरक के रूप में पैलेडियम (पीडी) का उपयोग किया। एसिड में एक मिथाइल समूह होता है, जिसमें एक कार्बन परमाणु 3 हाइड्रोजन परमाणुओं (सीएच 3) से जुड़ा होता है, और एक मेथिलीन समूह होता है, जिसमें 2 हाइड्रोजन परमाणु एक कार्बन परमाणु (सीएच 2) से जुड़े होते हैं।

पारंपरिक ज्ञान से पता चलता है कि, उनकी आणविक संरचनाओं के कारण, मिथाइल समूह सक्रियण (टूटना) मेथिलीन की तुलना में आसान है। लेकिन शोधकर्ताओं ने अनुमान लगाया कि उनकी प्रतिक्रिया में स्थिति विपरीत हो सकती है। कारण - एक घटना जिसे रिवर्स साइट चयनात्मकता कहा जाता है। “रिवर्स साइट चयनात्मकता तब होती है जब हम पारंपरिक चयनात्मकता पैटर्न के विपरीत देखते हैं। इस मामले में, यह मिथाइल की उपस्थिति में मेथिलीन सक्रियण है। हमारे शोध से पता चलता है कि हम मिथाइल समूह को बरकरार रखते हुए चुनिंदा रूप से मेथिलीन समूह को सक्रिय कर सकते हैं,'' प्रोफेसर मैती बताते हैं। “रिवर्स चयनात्मकता का औचित्य प्रतिक्रिया पथ में निहित है जो मिथाइल बनाम मेथिलीन सक्रियण लेता है। हालाँकि शुरुआत में मिथाइल सक्रियण मेथिलीन की तुलना में आसान है, लेकिन बाद के प्रारंभिक चरण कठिन हैं। हालाँकि, मेथिलीन सक्रियण, हालांकि मिथाइल की तुलना में अधिक ज़ोरदार है, इसके बाद के चरण थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल हैं, ”उन्होंने आगे कहा। रिवर्स साइट चयनात्मकता मेथिलीन के अप्रतिक्रियाशील सी-एच बांड को सक्रिय करने की अनुमति देती है, और इस प्रकार लैक्टोन बनाती है।

उन्होंने सब्सट्रेट के कई अन्य वर्गों के साथ प्रतिक्रिया का परीक्षण किया। उन्होंने एलिफैटिक एसिड को चुना, जो 5, 6, 7, 12 और 15 सदस्यीय रिंग संरचनाओं वाले कार्बनिक हाइड्रोकार्बन हैं। सिद्धांत सही साबित हुआ, और प्रतिक्रिया लैक्टोन का उत्पादन करने में सफल रही, यद्यपि अलग-अलग मात्रा में, इस प्रकार उनकी परिकल्पना की पुष्टि हुई। इसके बाद, शोधकर्ताओं ने ओलेफिन या एलिल अल्कोहल जैसे अन्य बाहरी रसायनों की उपस्थिति में प्रतिक्रिया की। वे यह जानने के लिए उत्सुक थे कि प्रतिक्रिया से लैक्टोन के अधिक जटिल रूप उत्पन्न हुए, जैसे ओलेफिन युक्त असंतृप्त लैक्टोन। “सिंथेटिक रसायनज्ञों के लंबे समय से चले आ रहे लक्ष्यों में से एक सरल शुरुआती सामग्रियों से अधिक जटिल यौगिक बनाना है, आदर्श रूप से एक ही चरण में। यह प्रतिक्रिया ऐसे दृष्टिकोणों की क्षमता को दर्शाती है,'' डॉ. दास टिप्पणी करते हैं।

अनुसंधान न केवल लैक्टोन जैसे जैविक और औषधीय रूप से महत्वपूर्ण अणुओं का उत्पादन करने के लिए एक सरल विधि की अनुमति देता है, बल्कि अधिक जटिल अणुओं को बनाने का एक शानदार तरीका भी प्रस्तुत करता है। इस प्रतिक्रिया के माध्यम से प्रदर्शित रिवर्स साइट चयनात्मकता कई नई रोमांचक प्रतिक्रियाओं को अनलॉक करने में मदद कर सकती है, इस प्रक्रिया में नए और महत्वपूर्ण रसायनों के उत्पादन में मदद मिलेगी या उनके उत्पादन में शामिल चरणों को कम किया जा सकेगा। "अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि यह अणुओं की जटिलताओं और उनकी रासायनिक अंतःक्रियाओं को प्रदर्शित करता है, और एक समय में एक नई प्रतिक्रिया को समझने और तलाशने की प्रक्रिया को प्रकट करता है," प्रोफेसर मैती टिप्पणी करते हैं।

संकाय
प्रोफेसर देबब्रत मैती

प्रकाशित कार्य का URL
https://doi.org/10.1038/s41557-023-01295-x