🔊 🚖 📝 मानव निर्मित परमाणु मोती: मैक्रोसायकल के साथ जोड़तोड़ 👨🏻‍💼 🌉 👩🏼‍🎨

एक बच्चे को "अणु" शब्द समझाने के प्रयासों में, हम कह सकते हैं कि यह अंगूर का एक गुच्छा है, और अंगूर अलग-अलग परमाणु हैं। अतिरंजित, लेकिन काफी समझ में आता है। जब मैक्रोसायकल की बात आती है, तो मोतियों के साथ तुलना उपयुक्त होने की संभावना अधिक होती है, क्योंकि ऐसे अणुओं में परमाणुओं से बने छल्ले होते हैं। ऐसी संरचनाओं की विशिष्टता उनके रूप में निहित है, जो उनके गुणों को निर्धारित करती है। यदि प्रपत्र को नियंत्रित तरीके से नियंत्रित किया जा सकता है, तो गुणों को भी बदला जा सकता है। मॉन्ट्रियल विश्वविद्यालय (कनाडा) के वैज्ञानिकों ने एक नई तकनीक विकसित की है जो आपको पूरी तरह से प्राकृतिक प्रक्रिया के माध्यम से बायोकेटलिस नामक मैक्रोसाइकल पर नियंत्रण हासिल करने की अनुमति देती है। नई तकनीक कैसे ठीक से काम करती है, परीक्षणों के दौरान यह क्या परिणाम दिखाती है, और भविष्य में इस खोज का क्या इंतजार है? हम वैज्ञानिकों की रिपोर्ट में सवालों के जवाब तलाशेंगे। जाओ।

अध्ययन का आधार

मैक्रोसायकल काफी अनोखी संरचनाएँ हैं। वे लिगेंड के रूप में कार्य कर सकते हैं, अर्थात्। ऐसे अणु बनें जो दाता-स्वीकर्ता सहभागिता के माध्यम से अन्य परमाणुओं से बंधे हों। इस प्रक्रिया का अर्थ है कि उनके बीच एक रासायनिक बंधन के गठन के बिना एक दाता (इस मामले में, एक macrocycle) और एक स्वीकर्ता (प्राप्त पक्ष, अर्थात्, एक अन्य अणु या परमाणु) के बीच चार्ज हस्तांतरण।

इस तरह के एक बंधन का परिणाम अक्सर एक समन्वय दाता-स्वीकर्ता बंधन बन जाता है, जहां लिगेंड इलेक्ट्रॉन जोड़ी के दाता होते हैं। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि इस परिवर्तन के दौरान, बांड प्रतिभागियों के रासायनिक गुणों में भी परिवर्तन होता है।

एक मैक्रोसायकल का चक्रीय ढांचा बांड के रोटेशन पर गंभीर प्रतिबंध लगाने में सक्षम है *जो अनुरूपता में कार्यात्मक समूहों या अन्य आणविक अंशों को अवरुद्ध कर सकता है * जो अन्यथा एक एसाइक्लिक एनालॉग (यानी चक्रीय संरचना के बजाय रैखिक के लिए) के लिए प्रतिकूल होगा।

बंधों का घूर्णन * - दो बंधे हुए परमाणुओं (बंध अक्ष) के बीच की रेखा के चारों ओर घूमता है, जहाँ बंधन का एक छोर स्थिर होता है और दूसरा घूमता है।

रचना * एक निश्चित विन्यास के अणु में परमाणुओं की स्थानिक व्यवस्था है।

इसी तरह की स्थिति प्लानेर (प्लेन में) चिरल (अतिरंजित, स्पेक्युलर) साइक्लोफेनेस के साथ देखी जाती है - मैक्रो चक्र का एक सबसेट जिसके लिए फ्रेमवर्क में सुगंधित * इकाई के रोटेशन को रचना या आकार सीमित करता है ।

सुगंध * कुछ रासायनिक यौगिकों की एक संपत्ति है, जिसके कारण असंतृप्त बंधों की संयुग्मित अंगूठी एक असामान्य उच्च स्थिरता का प्रदर्शन करती है।

छवि नं। 1

वैज्ञानिकों के अनुसार, प्राकृतिक उत्पादों के टेरपेन * में मैकर्रोसिक पेप्टाइड्स में प्लेनर चिरलिटीज का पहले से ही अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है ( 1 ए )।

Terpenes * - संरचना C ₅ H ₈_{n के} साथ हाइड्रोकार्बन का एक वर्ग , आइसोप्रीन बहुलकीकरण का एक उत्पाद है। प्रकृति में बड़ी मात्रा में टेनिफायर कोनिफ़र में पाए जाते हैं।

फिर भी, व्यापक ज्ञान के बावजूद, पेप्टाइड साइक्लोफेन्स बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले सिंथेटिक तरीकों ने कई समस्याएं पैदा कर दीं। मुख्य एक enantioselection * के उच्च स्तर को बनाए रखते हुए एक कठोर और अक्सर तीव्र macrocycle बनाने की आवश्यकता है ।

Enantioselection * - एक प्रतिक्रिया उत्पाद के रूप में एक यौगिक के एक विशिष्ट enantiomer * का चयन।

Enantiomers स्थानिक आइसोमर्स की एक जोड़ी है जिनकी संरचना समान है, लेकिन अलग (इस मामले में, दर्पण) स्थानिक स्थिति।

इसलिए, एट्रोपोसेलेक्टिव मैक्रोसाइक्लाइज़ेशन की तकनीकों को दो मुख्य श्रेणियों ( 1 बी ) में विभाजित किया जा सकता है ।

सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला सहायक यौगिक गैर-सहसंयोजक बातचीत के माध्यम से एसाइक्लियर अग्रदूत की रचना है। साइक्लोफेन के निर्माण के दौरान विषमता के लिए कम सामान्यतः उपयोग किया जाने वाला कटैलिसीस है ।

कैटलिसिस * - उत्प्रेरक की कार्रवाई के कारण रासायनिक प्रतिक्रिया के संभावित दिशाओं में से एक का चयनात्मक त्वरण।

इस काम में माना जाने वाला बायोकाटलिस पहले इस्तेमाल किया गया था, हालांकि, पिछले अध्ययनों में, डीकेआर (गतिशील गतिज दरार) विधि अधिक जटिल थी और इसमें वांछित परिणाम से पहले अतिरिक्त कदम शामिल थे। यह कदम अल्कोहल और अमीन ( 1C ) तक पहुंच प्राप्त करने के लिए डेक्लाइलेशन (कंपाउंड से एक या अधिक एसाइल समूह को हटाना ) है।

अगर हम इस अध्ययन में प्रस्तावित विधि की तुलना DKR विधि से करते हैं, तो हम कई अंतरों ( 1D ) की पहचान कर सकते हैं ।

सबसे पहले, डीकेआर में, एसाइलेशन अस्थायी है, क्योंकि आमतौर पर एक मुफ्त शराब या अमाइन की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, प्रतिक्रिया दर और परिणामी उत्पाद को बेहतर बनाने के लिए एसाइलेटिंग एजेंट को अतिरिक्त में जोड़ा जा सकता है। मैक्रोसायक्लाइज़ेशन की प्रक्रिया में, अंतिम उत्पाद में एसिलेशन निहित होता है, और शराब और एसिलेटिंग एजेंट के बीच स्टोइकोमेट्री (द्रव्यमान अनुपात) स्वाभाविक है।

दूसरे, माध्यमिक अल्कोहल की अनुपस्थिति में, एक अलग रेसमीनीकरण प्रक्रिया का उपयोग करना आवश्यक है। कठिनाइयों के बावजूद, वैज्ञानिकों का मानना है कि प्लानर चिरल साइक्लोफेनेस के उत्पादन के जैव-रासायनिक डीकेआर संस्करण में महत्वपूर्ण क्षमता है।

लब्बोलुआब यह है कि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध लिप्स (पानी में घुलनशील एंजाइम) में उत्कृष्ट तापीय स्थिरता और उच्च एनैन्टियोसेलेक्टिविटी होती है, जो उन्हें बायोकाटलिसिस के माध्यम से मैक्रोक्लोराइजेशन प्रक्रियाओं के लिए आदर्श अभिकर्मक बनाती है।

शोधकर्ताओं ने खुद को एक ऐसी तकनीक बनाने का काम निर्धारित किया है जो विमान-चिरल मैटरसाइकल के संश्लेषण में सरल और सस्ती इमारत ब्लॉकों के उपयोग की अनुमति देता है।

इस कार्य को पूरा करने के लिए, साधारण डायकोइड्स (डिबासिक एसिड) या डायस्टर्स (एक कार्बनिक यौगिक जिसमें दो एस्टर कार्यात्मक समूह होते हैं) का उपयोग एलीफेटिक लिंकर्स ( छवि 1 डी में पत्र ए के साथ चिह्नित) के रूप में किया गया था ।

सुगंधित ग्लाइकॉल (डायहाइड्रिक अल्कोहल) ( छवि 1 डी में पत्र बी ) पर लाइपेज का उपयोग करके सीमोनियलीम मैक्रोसायक्लाइज़ेशन भी अनुक्रमिक एसाइलेशन द्वारा संभव है । शास्त्रीय डीकेआर प्रक्रिया के विपरीत, इंटरमीडिएट सी की रेसमाइजेशन * सुगंधित अंगूठी के मुक्त रोटेशन के माध्यम से होती है।

रेसमीमाइजेशन * एक एंन्टीऑमेरर के साथ एक पदार्थ का एक से अधिक एनैन्टिरोमेर के साथ एक पदार्थ का रूपांतरण है।

कीमोनीजैटिक मैक्रोइकलाइज़ेशन द्वारा विचाराधीन विधि की कई सकारात्मक विशेषताओं के बावजूद, कई समस्याएं हैं। उनमें से एक तथ्य यह है कि अंगूठी बंद होने से "ठोस" मैक्रोसायकल हो सकता है, और एंजाइम को इस तरह की अंगूठी बंद करने में योगदान करने में सक्षम होना चाहिए।

वैज्ञानिकों के अनुसार, मैक्रोसायक्लाइज़ेशन को प्रोत्साहित करने के लिए तापमान में वृद्धि करना संभव था, लेकिन इससे एंजाइम का अपघटन हो सकता है या साइक्लोफेन के संवहन स्थिरता पर हानिकारक प्रभाव पड़ सकता है।

मैक्रोसाइक्लाइज़ेशन की सुविधा के लिए, लंबे समय तक डायस्टर्स ए का भी इस्तेमाल किया जा सकता है , लेकिन एना ब्रिज (फ्रेंच एसे - लूप से) के रोटेशन को सीमित करने के लिए एरोमेटिक सब्स्टीट्यूट्स आर 1 को अधिक चमकदार होना चाहिए । उप आकारआर 1 भी महत्वपूर्ण है क्योंकि उन्हें एंजाइम की चयनात्मकता को प्रभावित करना चाहिए, लेकिन प्रतिक्रियाशीलता को प्रतिकूल रूप से प्रभावित नहीं करना चाहिए।

DKR माध्यमिक अल्कोहल में, CALB का उपयोग पहले किया गया था, अर्थात। लैपेस बी हाइड्रॉलिसिस कैंडिडा अंटार्कटिका (कवक), जिसने उत्कृष्ट परिणाम दिखाए। इसलिए, इस अध्ययन ( 2 ए ) में इसका उपयोग करने का निर्णय लिया गया ।

छवि संख्या 2

सबसे पहले, एक अछूता सुगंधित नाभिक के साथ एक अणु का मूल्यांकन किया गया था ( छवि 2 ए में 1 ए ), जिसके बाद वांछित अचिरल (दर्पण-घुमाया) मैक्रोसायकल ( 3 ए ) को पृथक किया गया था ।

यह पता लगाने के बाद कि CALB macrocyclization को उत्तेजित कर सकता है, वैज्ञानिकों ने समूहों ( 1b ) द्वारा ओमे (मेथॉक्सी) के सुगंधित नाभिक के प्रतिस्थापन के साथ बाद के चक्रण की जांच की । इस मामले में, उत्पादन केवल 10% पेरासाइक्लोफ़न ( 3 बी ) था।

बेंजाइल प्रोटॉन के चर तापमान संकेतों के साथ आयोजित एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी ( 2 ए में हरे रंग में हाइलाइट ) ने 50 डिग्री सेल्सियस पर संकेतों के विलय को दिखाया।

बड़े ब्रोमो प्रतिस्थापन (डायोल 1 सी ) का उपयोग कर मैक्रोसायक्लाइज़ेशन करना भी कम सफल रहा, सबसे अधिक संभावना ऑर्थो-प्रतिस्थापित बेन्ज़िल डायॉल और एंजाइम के सक्रिय भाग के बीच एक प्रतिकूल स्टिक टकराव के कारण हुई।

इसे देखते हुए, सुगन्धित नाभिक ( चित्रा 2 बी में 5 ) के पास मेथिलीन समूह को शामिल करके मूल डायोल को फिर से बनाने का निर्णय लिया गया था । विस्तारित डायोल के साथ, अच्छी पैदावार और उच्च एनेंटियोसेलेक्टिविटी के साथ वांछित पेरासाइक्लोफ़ेन ( चित्रा 2 बी में 6 ) प्राप्त करना संभव था । पेरासाइक्लोफ़ान के बेन्ज़िल प्रोटॉन के संकेतों की स्पेक्ट्रोस्कोपी ने 100 ° C पर भी सिग्नल फ़्यूज़न की अनुपस्थिति को दिखाया। यदि तापमान कम हुआ, तो पेरासाइक्लोफ़ेन की उपज कम हो गई। यदि इसे बढ़ाया गया था, तो इसके परिणामस्वरूप पैरासिक्लोपेन पर कोई सकारात्मक प्रभाव नहीं था।

इस तथ्य के बावजूद कि CALB ने आर-केंद्रित कार्बन चिरल केंद्रों के एसाइलेशन को अनुकूल रूप से प्रभावित किया, यह स्पष्ट नहीं रहा कि CALB के सक्रिय क्षेत्र कैसे macrocycle के प्रोकैरियल एरोमैटिक विमान के अनुकूल होंगे।

बेहतर ढंग से समझने के लिए कि CALB सक्रिय साइट साइक्लोफेन सब्सट्रेट के विभिन्न अनुरूपों के साथ कैसे काम करती है, आणविक डॉकिंग
प्रक्रिया * ( 2C ) का प्रदर्शन किया गया ।

आणविक डॉकिंग * एक आणविक मॉडलिंग विधि है जो आपको स्थिर संरचना प्राप्त करने के लिए दूसरे (रिसेप्टर) के बंधन केंद्र में एक अणु (लिगैंड) के सबसे अनुकूल अभिविन्यास और रचना की भविष्यवाणी करने की अनुमति देती है।

मुख्य उत्पाद (-) - 6 ( 2C पर हरे रंग में चिह्नित ) अपने कार्बोक्सिल समूहों द्वारा पास के उत्प्रेरक सेरीन अवशेष (सेर ¹⁰⁵ ) में उन्मुख होता है , और ब्रोमीन के एक विकल्प को सक्रिय केंद्र के बाहर निर्देशित किया जाता है।

अनुमानित अनुवाद (+) - 6 ( 2C पर पीले में चिह्नित ) ब्रोमीन परमाणु और ल्यू ^{140 के} बीच टकराव का परिणाम है , जो हाइड्रोफोबिक क्षेत्र में ब्रोमीन परमाणु के बंधन को छोड़कर Le2 ¹⁴⁰ , अला ¹⁴¹ और लेउ ^{144 को} निर्दिष्ट करता है । प्रारंभिक डिब्रोमोडिओल (5) को डॉकिंग करते समय, यह गुहा में प्रवेश करता है, और इसकी शराब उत्प्रेरक सक्रिय सेरीन की दिशा में वितरित की जाती है।

पेरासाइक्लोफ़न के जैव रासायनिक संश्लेषण को आसानी से एक ग्राम पैमाने पर पुन: पेश किया जा सकता है, इसलिए यह अंगूठी के आकार को ध्यान में रखते हुए सब्सट्रेट की मात्रा का अध्ययन करने का निर्णय लिया गया था।

यद्यपि डिब्रोमोसायक्लोफ़न 6 को 6-मिथाइलीन स्पेसर [- (CH ( _{2 2} ) ₆ -] ) के साथ डायसीड का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है , लेकिन स्पेसर को चार या पाँच मिथाइलीन इकाइयों तक कम करने से रिंग विरूपण में काफी वृद्धि नहीं हुई। इसके परिणामस्वरूप, [१२] और [१३] उच्च एनान्टियोसेलेक्टिविटी वाले पेरासायक्लोफ़ेन्स प्राप्त हुए (छवि संख्या ३)।

चित्र संख्या 3

मैक्रोसायकल की इस श्रृंखला को क्लोरीन या आयोडीन परमाणुओं के साथ ब्रोमिन के प्रतिस्थापन के साथ प्राप्त किया जा सकता है। हलोजन सबस्टीट्यूएंट के आकार में परिवर्तन से प्राप्त [12] -, [13] - और [14] -पारैक्लियोफेनेस (10 → 12) की पैदावार और ऊर्जा पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ा।

एक अतिरिक्त मिथाइलीन स्पेसर के साथ अनासा पुल के विस्तार ने पर्याप्त [15] पेरासाइक्लोफ़न (9) प्राप्त करना संभव बना दिया। हालांकि, परिणामी उत्पाद एक रेसमिक मिश्रण के रूप में था, जो दर्शाता है कि बड़ा स्निग्ध रिंग अब प्लैनर साइक्लोपेन के रोटेशन को रोकता नहीं है।

बड़े आयोडीन के आकार ने एनेंटियो-समृद्ध [15] -परासायक्लोफ़न (17) के संश्लेषण की अनुमति दी। यह पता लगाने के लिए कि क्या एंजाइम की सक्रिय साइट अधिक क्रियाशील एएनएसआई-पुलों को स्थानांतरित कर सकती है, फिनाइल-प्रतिस्थापित (18) और अल्काइनाइल-प्रतिस्थापित (19) नाभिक के साथ दो कार्यात्मक एएनएसआई-पुलों, उनके ढांचे में, साथ ही साथ [14] -रापाइक्लोफैन 20, जिसमें एक डाइसल्फ़ाइड पुल है, तैयार किया गया था। ।

Macrocyclization के दौरान कई प्रकार के कार्यात्मक सुगन्धित आहार भी अच्छी तरह से सहन किए गए थे। टेरिफेनिल-आधारित मैक्रोसाइकल 21 का गठन मैक्रोसाइक्लाइज़ेशन द्वारा किया जा सकता है, साथ ही उच्च एनैंटोसेक्विटी के साथ क्रमशः पी-आईसोइल और एम-ऐसॉयल साइक्लोफेनेस (22 और 23) को प्रतिस्थापित किया जा सकता है। संश्लेषित करना और [१४] -पारैक्लोफ़ेन २४ और २५ में भी संभव था, जिसमें फेनिलल्किनिल या हेक्सेनिल सबट्यूएंट के साथ नाभिक होता है।

अंत में, उच्च enantioselectivity के साथ C1-सममितीय व्युत्पन्न प्राप्त किया गया। Macrocycle 27 को एक आयोडाइड के प्रतिस्थापन और एक अल्केनील इकाई द्वारा अलग किया गया था, जबकि Macrocycle 28 को एक ब्रोमाइड के प्रतिस्थापन और एक Cp3- संकरणित आकृति (बेंजाइल) द्वारा पृथक किया गया था।

यह उल्लेखनीय है कि हैलोजन युक्त प्लेनर चिरल मैक्रोसाइकल्स आधुनिक क्रॉस-लिंकिंग विधियों का उपयोग करके अन्य डेरिवेटिव के संश्लेषण के लिए एक मंच के रूप में कार्य कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, ब्रोमोसुब्स्टिस्टेड साइक्लोफेन 6 को एक मैक्रो चक्र 30 बनाने के लिए एक हेक संयोजन (हेक प्रतिक्रिया) के अधीन किया जा सकता है। वही, लेकिन कम उपज (19%) के साथ, उच्च चयनात्मकता के साथ एक जैव-घातक विधि द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।

अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं सुझाव देता हूं कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट देखें औरइसके लिए अतिरिक्त सामग्री ।

उपसंहार

इस अध्ययन को आसान नहीं कहा जा सकता है, क्योंकि हम मॉडलिंग आणविक संरचनाओं के बारे में बात कर रहे हैं। यह काम हरक्यूल पोयरोट के काम की याद दिलाता है, जब सबसे छोटे विवरणों पर विशेष ध्यान दिया जाता है, क्योंकि उनका समग्र चित्र पर बहुत बड़ा प्रभाव पड़ता है।

प्लानर चिरल मैक्रोसायकल प्राप्त करने की एक विधि के रूप में बायोकाटलिसिस, इस काम में पहली बार अध्ययन किया गया था। पहले इस्तेमाल किए गए तरीके संसाधनों और समय के मामले में बहुत अधिक महंगे थे, या वे बहुत जहरीले अभिकर्मकों का उपयोग करते थे। दूसरी ओर, बायोकाटलिसिस ने, उपलब्ध सामग्री से अधिक उपयोग करके इसे संभव बनाया, जैसे कि CALB एंजाइम।

बायोकेटलिस रसायन विज्ञानियों और डॉक्टरों दोनों के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह आपको अतिरिक्त संरचनाओं को जोड़कर नए यौगिकों को नए कार्य देने की अनुमति देता है।

अध्ययन के लेखकों ने अपनी कार्यप्रणाली में सुधार करने की योजना बनाई है, क्योंकि मैक्रोसायकल में दवा (एंटीबायोटिक्स और एंटीकैंसर एजेंट) और यहां तक कि इलेक्ट्रॉनिक्स में (उदाहरण के लिए, लेजर तकनीकों में) काफी संभावनाएं हैं।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और एक अच्छा काम करने का सप्ताह है, दोस्तों। :)

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