Deze zogeheten alkylideencyclopropanen zijn moeilijk te synthetiseren vooral als het gaat om het beheersen van de driedimensionale vorm. Deze beheersing is van belang omdat spiegelbeeldversies van hetzelfde molecuul zeer verschillende biologische eigenschappen kunnen hebben. De nieuwe aanpak, die deze week in Nature is gepubliceerd, overkomt deze uitdaging en levert producten op een zeer gerichte en selectieve manier.
Precisie door katalyse
De kern van de ontdekking is een nieuw ontwikkelde katalysator waarmee chemici de reactie met opmerkelijke precisie kunnen sturen. Door gebruik te maken van gemakkelijk verkrijgbare uitgangsmaterialen stuurt de katalysator de assemblage van de gespannen driehoekige ringen met uitzonderlijke selectiviteit, waardoor afval tot een minimum wordt beperkt en de opbrengst wordt gemaximaliseerd. Deze vooruitgang opent een praktische nieuwe route naar moleculen die de kern vormen van geneesmiddelen en insecticiden.
Computersimulaties onthullen de oorsprong van selectiviteit
Om te begrijpen waarom de reactie zo efficiënt en selectief werkt, combineerde het team experimenten met quantumchemische simulaties onder leiding van Trevor A. Hamlin, assistent-professor aan de VU, en ondersteund door promovendus Eveline Tiekink. Trevor legt uit: “Met behulp van dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) berekeningen konden we het reactiepad in kaart brengen en de belangrijkste stap achterhalen die de selectiviteit bepaalt. Deze inzichten onthulden hoe de katalysator de geometrie van de reagerende moleculen subtiel beïnvloedt en ze langs het ene pad in plaats van het andere leidt. Dit mechanistische inzicht verklaart niet alleen het succes van deze transformatie, maar biedt ook een blauwdruk voor het ontwerpen van de volgende generatie selectieve katalysatoren.”
Breder belang
Naast de directe toepassing op de synthese van permethrin en verwante verbindingen, benadrukt deze studie het belang van de combinatie van computationele chemie met experimentele ontdekkingen. Door te laten zien hoe fundamentele inzichten in reactiemechanismen kunnen bijdragen aan het ontwerp van katalysatoren, maakt het onderzoek de weg vrij voor nieuwe strategieën om enkele van de meest uitdagende moleculaire transformaties in de chemie aan te pakken.