जैविक दृष्ट्या महत्त्वाच्या संयुगांचे उत्पादन सुलभ करण्यासाठी प्रतिस्पर्शी रासायनिक प्रतिक्रिया

प्रतिक्रिया फार्मास्युटिकली महत्त्वाच्या रेणूंचे उत्पादन सुलभ करते ज्याला लैक्टोन्स आणि इतर जटिल संयुगे म्हणतात.

इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी बॉम्बे (IIT बॉम्बे) च्या शास्त्रज्ञांनी सिंथेटिक सेंद्रिय रसायनशास्त्रात मोठी प्रगती केली आहे. त्यांनी यशस्वीरित्या एक प्रतिक्रिया विकसित केली आहे जी नैसर्गिक उत्पादने आणि फार्मास्युटिकल्समध्ये आढळणारे लैक्टोन नावाचे आवश्यक संयुगे तयार करण्यासाठी अक्रियाशील कार्बन-हायड्रोजन (C-H) बंध सक्रिय करते. आयआयटी बॉम्बेच्या रसायनशास्त्र विभागातील प्रा. देबब्रता मैती यांच्या संशोधन गटाने विकसित केलेली ही नवीन पद्धत रिमोट सी–एच बॉण्ड्सच्या निवडक सक्रियतेला परवानगी देते ज्यामुळे केवळ लॅक्टोनच नव्हे तर बायसायक्लिक लॅक्टोन (अणूंच्या दोन वलयांसह लॅक्टोन) तयार होतात. ).

लैक्टोन्स, विशेषतः बायसायक्लिक लैक्टोन्स, नैसर्गिकरित्या असंख्य जैविक क्रियाकलाप असलेले पदार्थ आहेत ज्यांनी अनेक दशकांपासून कृत्रिम रसायनशास्त्रज्ञांना उत्सुक केले आहे. हे लैक्टोन्स पारंपारिकपणे जिवाणू संसर्ग आणि जळजळ जसे की इर्मेटायटिस, एक्जिमा, मुरुम, डोळ्यांचे संक्रमण, न्यूमोनिया आणि पोटाचे आजार यांच्या उपचारांमध्ये वापरले गेले आहेत. “त्यांच्याकडे उपचारात्मक गुणधर्म आहेत आणि औषधांच्या विकासातील त्यांच्या संभाव्यतेचा अभ्यास केला जात आहे” असे स्पष्ट करतात डॉ. जयब्रता दास, प्रो. मैतीच्या गटातील माजी डॉक्टरेट संशोधक.

दुग्धशर्करा तयार करण्याच्या अनेक पद्धती अस्तित्वात आहेत, परंतु यामध्ये अनेकदा अनेक अडथळे येतात. त्यांना सहसा जटिल प्रारंभिक सामग्रीची आवश्यकता असते जी सहज उपलब्ध नसतात आणि त्याऐवजी, प्रथम उत्पादित करावी लागतात. शेवटी लैक्टोन्स तयार करण्यासाठी त्यामध्ये सामान्यतः अनेक चरणांचा समावेश असतो, ज्यामध्ये अनेक मध्यवर्ती प्रतिक्रियांचा समावेश असतो. मोठ्या प्रमाणात प्रतिक्रिया नसलेल्या C-H बॉण्ड्सना उपयुक्त कार्यक्षमतेमध्ये रूपांतरित करण्याची प्रक्रिया अनेकदा आव्हाने सादर करते जोपर्यंत प्रतिक्रिया सुलभ करणार्‍या रेणूचा एक भाग असू शकतो, जोपर्यंत निर्देशित करणारा गट सहभागी होत नाही. सिंथेटिक रसायनशास्त्रज्ञ एका साध्या एकल-चरण प्रतिक्रियेसाठी तपासत आहेत ज्यामुळे लैक्टोन्स आणि बायसायक्लिक लैक्टोन्स तयार होऊ शकतात.

त्यांच्या अभ्यासात, आता नेचर केमिस्ट्रीमध्ये प्रकाशित झाले आहे, संशोधकांनी नवीन पद्धतीची कल्पना केली आहे जी अधिवेशनाच्या विरुद्ध आहे. त्यांनी अल्काइल कार्बोक्झिलिक ऍसिडचा सब्सट्रेट म्हणून वापर केला आणि उत्प्रेरक म्हणून संक्रमण धातूच्या मदतीने ते सक्रिय केले. कार्बोक्झिलिक ऍसिड हे सेंद्रिय ऍसिड असतात ज्यात कार्बोक्झिलिक गट आणि एक पर्याय किंवा R गट असतो, सामान्य सूत्र R-COOH, जसे ऍसिटिक ऍसिड (CH3COOH) किंवा फॉर्मिक ऍसिड (HCOOH). येथे, आर गट कार्बोक्झिलिक ऍसिड अल्काइल, अल्किलीन किंवा आर्यल हे निर्धारित करतो. त्यांच्या प्रयोगासाठी, संशोधकांनी 3-मिथाइल सायक्लोहेक्सेन ऍसिटिक ऍसिड, एक अल्काइल कार्बोक्झिलिक ऍसिड, सब्सट्रेट म्हणून आणि पॅलेडियम (पीडी) उत्प्रेरक म्हणून वापरले. आम्लामध्ये मिथाइल गट असतो, ज्यामध्ये एक कार्बन अणू 3 हायड्रोजन अणू (CH3) शी जोडलेला असतो आणि एक मिथिलीन गट असतो, ज्यामध्ये 2 हायड्रोजन अणू एका कार्बन अणूला (CH2) जोडलेले असतात.

पारंपारिक ज्ञान असे सूचित करते की, त्यांच्या आण्विक रचनांमुळे, मिथाइल गट सक्रिय करणे (तुटणे) मिथिलीनपेक्षा सोपे आहे. परंतु संशोधकांनी असे गृहीत धरले की त्यांच्या प्रतिक्रियेत उलट परिस्थिती असू शकते. कारण – रिव्हर्स साइट सिलेक्टिव्हिटी नावाची घटना. “रिव्हर्स साइट सिलेक्टिव्हिटी म्हणजे जेव्हा आपण पारंपारिक निवडक पद्धतीच्या उलट निरीक्षण करतो. या प्रकरणात, मिथाइलच्या उपस्थितीत हे मिथिलीन सक्रियकरण आहे. आमच्या संशोधनात असे आढळून आले आहे की आम्ही मिथाइल गट अखंड ठेवून निवडकपणे मिथिलीन गट सक्रिय करू शकतो,” प्रा. मैती स्पष्ट करतात. “रिव्हर्स सिलेक्टिव्हिटीचा तर्क मिथाइल वि मिथिलीन सक्रियकरणाच्या प्रतिक्रिया मार्गामध्ये आहे. मिथाइल सक्रिय करणे सुरुवातीला मिथिलीनपेक्षा सोपे असले तरी त्यानंतरच्या प्राथमिक पायऱ्या कठीण आहेत. तथापि, मिथिलीन सक्रियकरण, जरी मिथाइलपेक्षा अधिक कठोर असले तरी, त्यानंतरच्या पायऱ्या थर्मोडायनामिकदृष्ट्या अनुकूल आहेत,” तो जोडतो. रिव्हर्स साइट सिलेक्टिव्हिटीमुळे मिथिलीनचे अक्रियाशील C-H बॉण्ड सक्रिय होतात आणि त्यामुळे लैक्टोन्स तयार होतात.

ते इतर अनेक वर्गांच्या सब्सट्रेट्ससह प्रतिक्रिया तपासण्यासाठी गेले. त्यांनी 5, 6, 7, 12 आणि 15 सदस्य असलेल्या रिंग स्ट्रक्चर्ससह सेंद्रिय हायड्रोकार्बन्स असलेल्या अॅलिफॅटिक ऍसिडची निवड केली. सिद्धांत धारण केलेला दिसत होता, आणि प्रतिक्रिया वेगवेगळ्या प्रमाणात असूनही, लैक्टोन्स तयार करण्यात यशस्वी झाली, अशा प्रकारे त्यांच्या गृहितकाची पुष्टी झाली. पुढे, संशोधकांनी ओलेफिन किंवा एलिल अल्कोहोल सारख्या इतर बाह्य रसायनांच्या उपस्थितीत प्रतिक्रिया केली. त्यांना हे जाणून घेण्यास उत्सुकता होती की प्रतिक्रियेने ओलेफिन असलेल्या असंतृप्त लैक्टोन्ससारखे लैक्टोन्सचे अधिक जटिल प्रकार तयार केले. "सिंथेटिक केमिस्टच्या दीर्घकालीन उद्दिष्टांपैकी एक म्हणजे सोप्या प्रारंभिक सामग्रीपासून अधिक जटिल संयुगे तयार करणे, आदर्शपणे एकाच चरणात. ही प्रतिक्रिया अशा दृष्टीकोनांची क्षमता दर्शवते,” डॉ. दास टिप्पणी करतात.

हे संशोधन केवळ लैक्टोन्स सारख्या जैविक आणि फार्मास्युटिकली महत्त्वाच्या रेणूंच्या निर्मितीसाठी सोप्या पद्धतीला परवानगी देत नाही तर अधिक जटिल रेणू तयार करण्याचा एक मोहक मार्ग देखील सादर करते. या प्रतिक्रियेद्वारे प्रदर्शित केलेली उलट साइट निवडकता अनेक नवीन रोमांचक प्रतिक्रिया अनलॉक करण्यात मदत करू शकते, या प्रक्रियेत नवीन आणि महत्त्वाच्या रसायनांच्या निर्मितीमध्ये किंवा त्यांच्या निर्मितीमध्ये गुंतलेल्या पायऱ्या कमी करण्यात मदत होते. “अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, ते रेणूंची गुंतागुंत आणि त्यांच्या रासायनिक परस्परसंवादाचे प्रदर्शन करते आणि एका वेळी एक नवीन प्रतिक्रिया समजून घेण्याची आणि शोधण्याची प्रक्रिया प्रकट करते,” प्रा. मैती यांनी टिप्पणी केली.

विद्याशाखा
प्रा.देबब्रता मैती

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