화학자들, '분자 편집' 위업 달성

2022년 8월 9일에 보고된 획기적인 성과는 다음과 같습니다. 자연는 일반적으로 훨씬 더 쉽고 유연한 분자 설계를 제공하는 강력하고 새로운 접근 방식을 반영하여 화학자들이 이전에는 불가능했던 잠재적인 블록버스터 약물을 포함하여 수많은 화학 제품을 합성할 수 있게 해줍니다.

'이러한 새로운 방법은 화학자에게 원하는 위치에서 원하는 순서로 이환식 아자아렌을 변형할 수 있는 통합되고 실용적인 후기 단계 '분자 편집' 툴킷을 효과적으로 제공합니다. 즉, 만들어질 수 있는 약물 및 기타 유용한 분자의 다양성을 크게 확장합니다. 연구 공동 리더인 Jin-Quan Yu 박사이자 Bristol Myers Squibb 화학 분야 석좌교수이자 Scripps Research의 화학과 Frank 및 Bertha Hupp 교수는 말합니다.

Yu와 그의 연구실은 UCLA 화학 및 생화학과의 저명한 연구 교수인 Kendall Houk 박사의 연구실과 공동 연구를 진행했습니다. 이 연구의 첫 번째 저자는 각각 Yu 연구소와 Houk 연구소의 박사후 연구원인 Zhoulong Fan 박사와 Xiangyang Chen 박사였습니다.

유기 합성으로 알려진 관행인 실험실 화학 기술을 사용하여 유기 분자를 만드는 것은 거시적 규모로 물건을 만드는 것보다 항상 더 어려웠습니다. 분자 규모에서 원자 세트가 어떻게 움직이고 서로 결합하는지는 매우 복잡한 힘의 혼합에 의해 결정됩니다. 화학자들은 시작 화합물을 다른 화합물로 변환할 수 있는 수백 가지 반응을 개발했지만 탄소-수소 결합만 포함하는 광범위한 탄소 중심을 수정하기 위한 도구 키트가 부족했습니다.

많은 합성 화학자들의 야심찬 목표, 즉 '성배'는 시작 분자의 탄소-수소 결합을 끊어 어느 위치에서나 가능한 한 많은 탄소 원자를 변형하는 유연하고 보편적인 분자 편집 방법을 개발하는 것이었습니다. 특히, 합성화학자들은 주어진 유기 분자의 골격에 있는 자신이 선택한 원자(일반적으로 탄소)를 간단하고 쉬운 방법으로 변형하고 분자에서 이러한 탄소 원자 중 하나 이상을 변형하기를 원했습니다. 그리고 어떤 순서로든. 이 능력은 개별 단어를 마음대로 변경하여 문장을 만드는 것처럼 새로운 분자의 구성을 간단하게 만들 것입니다. 그러나 전통적인 화학적 용어로 사실상 동일할 수 있는 다른 원자가 아닌 하나의 특정 원자에 변형을 지시할 수 있는 반응을 고안하는 것이 어렵기 때문에 분자 편집이라는 개념이 불가능한 꿈처럼 보이게 되는 경향이 있었습니다.

새로운 방법은 적어도 제약 화학자가 사용하는 가장 일반적인 종류의 출발 분자 중 하나와 관련하여 이 꿈을 현실로 만들었습니다. 이환형 아자아렌은 고리 모양의 골격 2개를 포함하는 상대적으로 단순한 유기 분자로 대부분 탄소 원자로 구성되지만 하나 이상의 질소 원자를 포함합니다. 수많은 기존 약물과 의학적으로 관련된 천연 화합물은 이환식 아자-아렌 지지체로 만들어졌습니다.

새로운 방법을 통해 화학자들은 다중 탄소 원자가 이환식 아자아렌의 다양한 위치에서 단순한 수소 원자에 결합될 때 선택적으로 변형할 수 있습니다. 이러한 부위를 유연하게 변형하면 이전에는 합성하기 어려웠던 새롭고 잠재적으로 약학적으로 관련된 구조가 가능해졌습니다.

새로운 방법은 CH(탄소-수소) 기능화라고 불리는 접근법의 변형입니다. 즉, 탄소 원자에서 표준 수소 원자를 제거하고 이를 보다 복잡한 원자 세트로 대체합니다. CH 기능화는 개념적으로 시작 분자에 복잡성을 추가하는 가장 간단한 방법이며 Yu 실험실은 이 분야에서 많은 혁신으로 유명합니다. 새로운 방법은 시작 분자에 가역적으로 고정되는 지시 템플릿이라는 특별히 설계된 도우미 분자를 사용하고 건설 크레인처럼 원하는 위치에서 CH 기능화를 효율적으로 지시합니다. 주형은 반응을 지시하지만 반응에 의해 소비되지 않고 지속적인 보충 없이 계속 작동하기 때문에 '촉매'로 간주됩니다.

'우리의 새로운 접근 방식의 핵심 측면은 템플릿이 전통적인 전자 기준이 아닌 대상까지의 거리와 경로의 기하학적 구조에 기초하여 CH 기능화를 지시한다는 것입니다'라고 Yu는 말합니다.

새로운 기술 세트는 화학자가 사용하기 쉬워야 하며 제약 산업 및 기타 화학 기반 산업에서 신속하게 채택되어야 한다고 그는 덧붙였습니다.

'우리는 또한 이 접근법을 다른 종류의 출발 화합물로 곧 확대할 것으로 기대합니다'라고 Yu는 말합니다.

'거리, 기하학 및 키랄성에 따른 다중 CH 결합의 분자 편집'은 Scripps Research의 Zhoulong Fan, Keita Tanaka, Han Seul Park, Nelson Lam 및 Jin-Quan Yu가 공동 저술했습니다. UCLA의 Xiangyang Chen, Jonathan Wong 및 KN Houk가 작성했습니다.