Onderzoekers hebben een 80 jaar oud chemisch mysterie opgelost, waardoor medicijnen in de toekomst gerichter, effectiever en met minder bijwerkingen kunnen worden ontwikkeld.
Onderzoekers van de University of St Andrews hebben een fundamenteel chemisch raadsel opgelost dat wetenschappers al meer dan acht decennia bezighield. De ontdekking kan de manier waarop complexe moleculen worden gemaakt drastisch veranderen, vooral in de farmaceutische industrie, waar precisie cruciaal is.
Volgens de studie, gepubliceerd in Nature, hebben wetenschappers de sleutel gevonden tot een 80 jaar oude puzzel die draait om een beruchte en onvoorspelbare chemische herschikking, bekend als de [1,2]-Wittig rearrangement. Door een combinatie van laboratoriumexperimenten en geavanceerde kwantumchemische berekeningen wisten zij een mechanisme te ontrafelen dat decennialang als onbruikbaar werd beschouwd voor moderne, selectieve synthese.
Spiegelbeeld-moleculen die medicijnen maken of breken
Centraal in de ontdekking staat het begrip chiraliteit. Veel moleculen bestaan in twee vormen die elkaars spiegelbeeld zijn, vergelijkbaar met een linker- en rechterhand. Alleen één vorm heeft vaak de gewenste biologische werking, terwijl de andere weinig doet of juist bijwerkingen kan veroorzaken.
In geneesmiddelen is dit essentieel: het correct beheersen van moleculaire ‘handen’ bepaalt of een medicijn effectief én veilig is. Hier komt de [1,2]-Wittig rearrangement om de hoek kijken.
80 jaar oude puzzel
De [1,2]-Wittig rearrangement werd meer dan 80 jaar geleden ontdekt. Het herschikt atomen binnen een molecuul op een manier die theoretisch ideaal is voor precieze chemische synthese.
Probleem: de reactie stond bekend als extreem onvoorspelbaar. Zodra de herschikking begon, leek alle controle over chiraliteit verloren te gaan, waardoor het proces onbruikbaar was voor moderne asymmetrische katalyse.
Onverwachte doorbraak
Het onderzoeksteam van St Andrews, samen met collega’s van de University of Bath, ontdekte dat de reactie niet in één stap verloopt, zoals eerder werd gedacht. In plaats daarvan gaat het molecuul eerst door een asymmetrische stap, gestuurd door een katalysator, die de chiraliteit vastlegt.
Daarna volgt een subtiele, tot nu toe onopgemerkte moleculaire herschikking – een ‘reshuffle’ – die de juiste moleculaire hand behoudt in plaats van vernietigt.
“Deze ontdekking betekent een fundamentele verschuiving in hoe we stereochemie in herschikkingsreacties begrijpen en controleren,” zegt professor Andrew Smith, hoofdauteur van de studie.
Wat betekent dit nu concreet?
Veel medicijnen bestaan uit moleculen met een ‘juiste’ vorm die werkt en een ‘verkeerde’ vorm die vaak bijwerkingen veroorzaakt. Tot nu toe was het moeilijk om alleen de werkzame variant te maken, waardoor extra zuiveringsstappen nodig waren en een deel van de ongewenste vorm in het eindproduct bleef.
Dankzij deze ontdekking kunnen chemici nu beter sturen dat alleen de juiste molecuulvorm ontstaat. Voor patiënten betekent dit effectievere medicijnen, minder bijwerkingen en mogelijk zelfs lagere doseringen. Tegelijkertijd kan de productie sneller, schoner en goedkoper worden, wat ook op grote schaal voordelen voor de farmaceutische industrie oplevert.
Sneller, schoner, selectiever
Door deze nieuwe inzichten kunnen chemici complexe moleculen met een enkele moleculaire ‘hand’ bouwen. Dat opent nieuwe mogelijkheden in geneesmiddelenontwikkeling, geavanceerde materialen en agrochemische toepassingen.
Het proces wordt efficiënter en duurzamer, omdat er minder chemisch afval ontstaat en minder oplosmiddelen nodig zijn. Bovendien kunnen medicijnen sneller en preciezer worden ontwikkeld, en dat versnelt innovaties in de farmaceutische industrie.
Oude reacties, nieuwe kansen
Met het oplossen van dit 80 jaar oude mysterie laten de onderzoekers zien dat klassieke chemische reacties nog verrassingen bevatten. Door oude aannames los te laten en deze te combineren met moderne rekenkracht en experimentele precisie, breiden zij de gereedschapskist van de chemie aanzienlijk uit.
Het is een krachtige herinnering dat vooruitgang soms niet zit in compleet nieuwe ideeën, maar in het opnieuw begrijpen van wat we dachten al te kennen.
