Elektrokemi öppnar upp nya möjligheter att skapa läkemedelsingredienser av CO2

Kristina Bate Holmberg, Journalist
@uxconnections

Går det att omvandla koldioxid (CO2) till molekyler som går att använda inom läkemedelsindustrin? Javisst. Det är nämligen just det som ett forskarlag vid Cornell University har lyckats med. Teamet, som är experter på elektrokemiprocesser, har lyckats förvandla CO2 till kedjor av organiska molekyler med just elektrokemi. Kanske är detta början på hur man i framtiden kommer att skapa mer selektiva molekyler och samtidigt nyttjar överskottskoldioxid i atmosfären. 

Projektet leddes av kemisk biologi- och kemiprofessorn Song Lin vid College of Arts and Sciences. Tillsammans med sitt team har han med hjälp av elektrokemi lyckats producera inte bara en, utan två helt nya organiska molekyler, avgörande för läkemedelsutveckling. Studien “Electrochemical Reactor Dictates Site Selectivity in N-Heteroarene Carboxylations”, har publicerats i tidskriften Nature.

Farmakoforen pyridin

Vad forskarna gjorde var att utgå från den i FDA-godkända läkemedel näst vanligaste heterocykeln pyridin. En heterocykel inom kemin är en ring av som består av minst en heteroatom (en atom som inte är kol eller väte). Pyridin har samma form som det enklaste aromatiska kolvätet bensen. Skillnaden ligger i att av de sex kolväteparen i bensencirkeln, är ett utbytt mot en ensam kväveatom. Just denna struktur gör pyridin till en så kallad farmakofor. En farmakofor består av en farmaologisk del (läkemedelsdel) samt en molekyl som agerar modell. Farmakoforer såsom pyridin, används vanligtvis vid läkemedelstillverkning. 

Målet i denna studie var att se om man med hjälp av elektrokemi kunde skapa så kallade karboxylerade pyridiner. Att karboxylera innebär att man helt enkelt behandlar ett substrat med CO2. Ett substrat (pyridincykeln) är en molekyl som binder till den aktiva ytan i ett enzym och därmed omvandlas. I detta fall handlade det om att skapa pyridiner till vilka CO2 skulle anslutas. 

Elektrokemin gör karboxyleringen möjlig

Syftet med denna karboxylering var att förändra pyridinringens funktion och förenkla dess bindning till i detta fall, proteiner. Svårigheten med just pyridin och CO2 är att det inte faller sig naturlig att koppla samman dessa två molekyler. Varför inte? Pyridin är en reaktiv molekyl som gärna reagerar med andra ämnen. Samtidigt är CO2 inaktivt vilket innebär att molekylen ogärna reagerar med andra ämnen. Detta faktum gör att det är svårt att få dessa att reagera med varandra, vilket också försök fram tills nu har visat. 

Det visade sig dock att just elektrokemi var helt rätt metod att använda sig av för att lyckas få denna annars svåra reaktion att ske. Tack vare elektrokemi i kombination med god kunskap i att använda CO2 i organisk syntes, lyckades forskarna på egen hand skapa karboxylerade pyridiner.

Elektrosyntes gav oanade resultat 

Upptäckten är lite av en lycklig slump som upptäcktes under en elektrosyntes (en process i vilken kemiska föreningar syntetiserar i en elektrokemisk cell). I regel utförs elektrokemiska reaktioner på två sätt. Antingen i en delad elektrokemisk cell. I denna är anod och katod åtskilda av ett poröst hinder, vilket förhindrar stora organiska molekyler men tillåter små joner att passera. Vid den andra metoden använder man sig av en odelad elektrokemisk cell. I detta fall befinner sig de elektricitetsalstrade polerna anod och katod i samma lösning. 

Oavsett metod produceras samma produkt. Vad Cornellteamet fann var att genom att gå från en delad till en odelad elektrokemisk cell kunde något nytt ske. Metoden gjorde att de selektivt kunde fästa CO2-moelkylen på olika positioner i pyridinringen. De lyckades alltså producera två helt olika ämnen – en C4-karboxylering i den odelade cellen och en C5-karboxylering i den delade cellen. Detta är första gången forskare lyckats skapa två olika produkter genom att enkelt byta ut den elektrokemiska cellen. Upptäckten är helt revolutionerande.

Kan vara början på en ny trend 

För framtiden tror forskarna att denna upptäckt kan vara startskottet på ett effektivt sätt att ta fram viktiga molekyler. Att kunna skapa exempelvis läkemedelsämnen på detta selektiva men ändå kontrollerande sätt kan vara både lönsamt och förbättra framtidens läkemedelsutbud. Därtill är det faktum att överskotts-CO2 kan användas, ytterligare en aspekt som förstärker metodens nytta. 

UX Connections, the UX design agency with UX/UI consultants to help your digital product succeed.