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分子の構造をいじくり回す化学者| MITニュース

多くの生物学的分子は、「ジアステレオマー」として存在します。これは、同じ化学構造を持つ分子ですが、それらの原子の異なる空間配置です。場合によっては、これらのわずかな構造的な違いが、分子の機能または化学的特性の大幅な変化につながる可能性があります。一例として、癌薬物ドキソルビシンは、患者のごく一部で心拍を損なう副作用を患う可能性があります。しかし、異なる方向を指す単一のアルコール群を持つエピルビシンとして知られる薬物のジアステレオマーは、心臓細胞に対してはるかに毒性が低くなります。MITの化学准教授であるAlison Wendlandtは、次のように述べています。Wendlandtのラボは、これらの分子をさまざまな形に変換できる新しいツールの設計に焦点を当てています。彼女のグループは、分子を異なる憲法異性体に変えることができる同様のツールにも取り組んでいます。これは、元と同じ化学式を持っているにもかかわらず、異なる場所にある原子または化学グループを持つ分子です。「標的分子があり、そのようなツールなしでそれを作る必要がある場合、あなたが望む最終構造に到達するために、最初に戻って再び分子を再度作成する必要があります」とウェンドランドは言います。これらのツールは、従来の化学合成技術を使用して構築することが困難または不可能なまったく新しい分子を作成することにも役立ちます。「私たちは、幅広い選択的変換のスイートに焦点を当てています。目標は、分子の作成方法に最大の影響を与えることです」と彼女は言います。 「分子構造の相互変換へのアクセスを開くことができれば、分子の作成方法について完全に異なって考えることができます。」数学から化学まで2人の地質学者の娘として、ウェンドランドは若い頃から科学に没頭していることに気づきました。彼女の両親は両方ともコロラド鉱山学校で働いており、家族の休暇はしばしば興味深い地質層への旅行を伴いました。高校では、彼女は化学よりも魅力的な数学を見つけ、数学を専攻する計画でシカゴ大学に向かいました。しかし、彼女は抽象的な数学に遭遇した後、すぐに考え直しました。「私は微積分と工学に必要な数学が得意でしたが、大学に着き、トポロジーとN次元の幾何学に遭遇したとき、私は実際に抽象的な数学のスキルを持っていないことに気付きました。彼女は化学が好きだとは思わなかったが、2年生の有機化学コースは彼女の心を変えた。「私はそれの問題解決の側面が大好きでした。非常に悪い記憶を持っていて、クラスを通して自分の道を覚えることができなかったので、それを学ばなければなりませんでした。それはとても楽しかったです」と彼女は言います。化学専攻として、彼女は「Total Synthesis」に焦点を当てたラボで働き始めました。これは、多くの場合、自然な化合物である複雑な分子をゼロから合成するための戦略を開発する研究分野です。彼女は有機化学を愛していましたが、研究室の事故 - 彼女の研究室で学生を負傷させ、ウェンドランドの一時的な難聴につながった爆発は、彼女がそれをさらに追求することをためらっていました。彼女が大学院に応募したとき、彼女は化学の別の分野である化学生物学に行くことにしました。彼女は数年間イェール大学で勉強しましたが、彼女はそのタイプの化学を楽しんでいないことに気づき、修士号を取得した後に去りました。彼女はケンタッキー大学の研究室で数年間働いていた後、今回はウィスコンシン大学で再び大学院に応募しました。そこで、彼女は有機化学研究室で働き、石油化学物質から医薬品またはその他の有用な化合物を生成するために使用できる酸化反応を研究しました。2015年に博士号を取得した後、ウェンドランドは化学教授のエリックヤコブセンと協力して、ポスドクのためにハーバード大学に行きました。そこで、彼女は特定の異性体を生成する選択的化学反応に興味を持ち、特定の部位でグリコシル化（他の分子への糖分子の添加）を実行できる触媒の研究を開始しました。分子の編集2018年にMITの教員に加わって以来、Wendlandtは分子をその鏡像またはオリジナルの異性体に変換できる触媒の開発に取り組んできました。2022年、彼女と彼女の学生は ステレオエディター、ステレオセンターとして知られる中央原子の周りの化学グループの配置を変えることができます。この編集者は、最初にステレオセンターから原子を除去するのに十分なエネルギーを追加するために互いに動作する2つの触媒で構成され、次に反対の方向を持つ原子に置き換えます。そのエネルギー入力は、捕獲された光をエネルギーに変換する光触媒から来ています。「既存のステレオセンターを備えた分子があり、他のエナンチオマーが必要な場合、通常、最初からやり直して他のエナンチオマーを作成する必要があります。しかし、この新しい方法はそれらを直接相互に変換しようとするので、それはあなたにダイナミックな分子について考える方法を与えます」とウェンドラントは言います。 「その分子のあらゆる種類の3次元構造を生成することができ、その後、独立したステップでは、3D構造を完全に再編成できます。」彼女はまた、グルコースなどの一般的な糖を他の異性体に変換できるツールを開発しました。他の異性体には、天然の源から分離するのが困難なアロースやその他の糖、およびステロイドやアルコールの新しい異性体を生成できるツールを含むツールを開発しました。彼女は現在、6メンバーのカーボンリングを7つまたは8員のリングに変換し、リングに取り付けられた化学グループの一部を追加、減算、または交換する方法に取り組んでいます。「静的構造を相互に変換できる一般的なツールを作成することに興味があります。したがって、特定の機能グループを取り、それを分子の別の部分に完全に移動したり、大きなリングをとって小さなリングを作ったりすることができます」と彼女は言います。 「私たちが静的として組み立てる分子を考える代わりに、私たちは今、それらを潜在的に動的な構造として考えています。また、このアプローチは、これまで見たことのない真新しい分子を作成する可能性を開きます、とウェンドランドは言います。これは、たとえば、標的酵素と正しい方法で相互作用する薬物分子を作成するのに役立ちます。「まだ知られていない奇妙な化学空間がまだ作られていない膨大な量の化学空間があります。それは、誰もそれに興味を持っていないかもしれません。 「これらの種類のツールは、おそらく簡単に作られていない異性体へのアクセスを提供します。」 #分子の構造をいじくり回す化学者 #MITニュース