Одной из областей, которая является областью деятельности исследовательской группы Дойла, был никелевый катализ, при котором никель выжимается из химических связей, чтобы объединить молекулы. Другой областью был фотоокислительный катализ, который использует свет для инициирования серии уникальных событий разрыва и образования связей, по одному электрону за раз.
Этот тип катализа является предметом исследований Дэвида Макмиллана, Джеймса С. Макдоннелл, заслуженный профессор химии университета и заведующий кафедрой в Принстоне, чья лаборатория является лидером в этой области и занимает тот же этаж в Химической лаборатории Фрика.
«Мы попробовали, получили удар и побежали по коридору, чтобы поговорить с Дэйвом», — сказал Дойл. Оказывается, лаборатория Макмиллана пришла к очень похожей идее и также получила первые результаты, так что в этот момент возникло естественное сотрудничество, сказала она.
Как сообщалось 5 июня в журнале Science, эта реакция представила прямую связь между традиционно нереактивными партнерами по связыванию, которую сложно установить до сих пор.
Такое образование связи обеспечивает отличное сокращение для химиков, поскольку они конструируют и тестируют тысячи молекул, чтобы найти новые лекарства.
Макмиллан сравнил их открытие с обнаружением люка, ведущего в подвал, полный золота. «Вам все еще нужно придумать, как вытащить все золото из подвала, но это здорово, что вы нашли люк», — сказал он.
Реакция стала возможной благодаря двум различным катализаторам лаборатории, которые представляют собой небольшие молекулы, которые реагируют с образованием желаемых связей, затем возвращаются к своей исходной форме и повторяют процесс.
Воздействие светоизлучающих диодов (LED) или даже бытовых лампочек на катализатор фотоокислительного восстановления, разработанный в лаборатории MacMillan, обеспечивает достаточно энергии, чтобы сделать их чрезвычайно реактивными. Эти катализаторы дестабилизируются и могут добавлять или удалять электроны из другой молекулы, которая образует новые связи.
«Химики начинают ценить эту область, потому что она позволяет делать вещи, которые были практически невозможны», — сказал Макмиллан.
Никелевый катализатор, который широко изучался лабораторией Дойла, хорошо известен своей низкой стоимостью и способностью селективно связывать определенные молекулы.
По словам Анемана, никелевый катализ стал важной частью набора инструментов химика из-за предсказуемости этих методов.
В реакции, описанной в Science, фотоокислительный катализатор преобразовал карбоновую кислоту — простое и широко распространенное соединение на основе углерода, которое содержится во многих материалах, таких как мыло и стероиды, — в очень реактивный центр на молекуле. Затем этот сайт был перехвачен никелевым катализатором и соединен с ареном, который представляет собой молекулу кольцевой формы, которая часто присутствует в потенциальных кандидатах в лекарство.
Конечным результатом была связь, которую ни один катализатор не мог эффективно построить сам по себе.
Катализаторы фотоокислительного восстановления представили карбоновые кислоты в качестве партнеров связывания, молекулы, которые были недоступны никелевым катализаторам. Между тем, никель надежно доставлял ареновые связывающие партнеры с множеством присоединенных к нему молекул, расширяя возможности, доступные для фотоокислительных катализаторов, которые ранее были ограничены подмножеством аренов, присоединенных к группам, жаждущим электронов.
«Я думаю, это замечательно, что у вас может быть два катализатора в реакции, каждый из которых выполняет свои лучшие роли, но при этом совместим друг с другом», — сказал Дойл.
Исследователи также продемонстрировали беспрецедентное сочетание арена и диметиланилина, соединения, в котором отсутствует группа карбоновой кислоты. Этот результат открывает дверь для образования связей, созданных непосредственно из обычно нереактивных углерод-водородных связей, что дополнительно дает химикам возможность создавать полезные молекулы.
«Что мы обнаружили действительно мощным в этой работе, так это не только комбинация фотоокисления и никелевого катализа для выполнения одной конкретной реакции, но и то, что она позволяет создать целую платформу для новых реакций», — сказал Джек Терретт, аспирант лаборатории Макмиллана и его коллеги. -автор статьи.
Изучая масштабы реакции, исследователи были впечатлены способностью обоих катализаторов работать одинаково независимо от присутствия широкого диапазона групп. В течение пары недель исследовательские группы использовали свою реакцию, чтобы произвести более двух десятков продуктов с высоким выходом.
«Благодаря нашим обсуждениям мы смогли сделать это так быстро», — сказал Чживэй Цзо, научный сотрудник лаборатории Макмиллана и ведущий автор статьи.
Делясь своим опытом, исследователи смогли получить представление о механизме, позволяющем им быстро продвигать проект.
Двигаясь вперед, две лаборатории планируют оставаться в тесном контакте, но развивать химию независимо, что позволит им охватить больше вопросов.