Orgaaniset molekyylit, jotka koostuvat pääasiassa hiilestä, omaavat hyvin määritellyt kolmiulotteiset rakenteet. Esimerkiksi olefiinit ovat yhdisteitä, joilla on kaksoissidoksia kahden hi atomin välillä, ja ne muodostavat yleensä tasaisen geometrian. Kuitenkin tämä tasaisuus sääntö ei aina päde, kuten uudet tutkimukset osoittavat.
Vuodesta 1924 lähtien "Bredtin periaate" on opettanut, että hiili-hiili kaksoissidosta ei voi esiintyä molekyylin kaksisylinterisessä liitoskohdassa, jossa kulmat ovat liian rajoitettuja. Tämä ajatus oli pidetty muuttumattomana, mikä rajoitti uusien molekyylien luomisen yrityksiä.
UCLA:n tutkijat ovat kuitenkin osoittaneet, että nämä rajoitukset eivät ole absoluuttisia. He onnistuivat synnyttämään molekyylejä, joita kutsutaan anti-Bredt-olefiineiksi, näin kumoten vanhan paradigman. Nämä rakenteet, vaikka teoreettisesti epävakaat, voidaan vangita luomaan kemiallisesti hyödynnettäviä yhdisteitä.
Neil Garg, läpimurron takana oleva kemisti, kritisoi näitä "muuttumattomia sääntöjä", jotka hänen mukaansa estävät tieteilijöiden luovuutta. Hän uskoo, että tiukka kehys kemiassa voi joskus estää ratkaisevia innovaatioita, erityisesti farmakologiassa.
Laboratoriossa tiimi käytti silyloituja yhdisteitä yhdistettynä fluoridilähteeseen indusoimaan eliminointireaktion. Tämä prosessi mahdollisti anti-Bredt-olefiinien tuottamisen. Apumolekyyli stabiloi sitten nämä siirtymävaiheiset rakenteet, jotta niistä voitiin eristää hyödynnettäviä yhdisteitä.
Heidän menetelmänsä on herättänyt erityistä kiinnostusta lääketeollisuudessa. Nämä uudet molekyyligeometriat voisivat todella auttaa tehokkaampien lääkkeiden suunnittelussa, Gargin mukaan. Anti-Bredt-olefiinien potentiaali ylittää niiden yksinkertaisen synteesin: ne avaavat ovia odottamattomille sovelluksille.
Työskentelyyn osallistui useita tutkijoita, mukaan lukien opiskelijoita ja postdoc-tutkijoita, sekä professori Ken Houk, laskennallisen kemian asiantuntija. Heidän yhteistyönsä mahdollisti molekyylitason mekanismien ymmärtämisen ja käytännön toteutettavuuden vahvistamisen.
Tämän löydön myötä tutkijat kutsuvat tarkistamaan oppikirjoja ja lähestymään kemiaa joustavammin. Bredtin periaate, joka aiemmin pidettiin universaalina totuutena, saattaa pian jäädä vain ohjeeksi.
Mikä on Bredtin sääntö orgaanisessa kemiassa?
Bredtin sääntö, joka muotoiltiin vuonna 1924, koskee syklisiä molekyylirakenteita. Se toteaa, että hiili-hiili kaksoissidosta ei voi muodostua liitoskohdassa (ns. "bridgehead") kaksisylinterisessä molekyylissä, kun kulmat tämän sidoksen ympärillä olisivat liian vääristyneitä.Tämä sääntö perustuu siihen, että kaksoissidoksen asettama geometria olisi epävakaa. Liiallinen kulmarajoitus tekisi näistä molekyyleistä vaikeasti synnytettäviä ja, jos ne olisivat olemassa, hyvin reaktiivisia tai hetkellisiä.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että on mahdollista synnyttää yhdisteitä, jotka rikkovat tätä sääntöä, ja joita kutsutaan anti-Bredt-olefiineiksi. Nämä uudet molekyylit avaavat ennennäkemättömiä näkymiä kemiassa, erityisesti uusien lääkkeiden suunnittelussa.