Chế tạo thành công phân tử phá vỡ quy tắc hóa học trăm tuổi

Các phân tử hữu cơ, có chứa carbon, thường tuân theo những hình dạng cụ thể do cách các nguyên tử cấu thành của chúng liên kết với nhau. Ví dụ, olefin, hay còn gọi là alkene, thường được sử dụng trong phản ứng phát triển thuốc - có một hoặc nhiều liên kết đôi giữa hai nguyên tử carbon, làm cho các nguyên tử được sắp xếp trên một mặt phẳng.

Trong hóa học, có một quy tắc trăm tuổi, gọi là quy tắc Bredt, được đề xuất vào năm 1924 bởi nhà hóa học hữu cơ Julius Bredt. Quy tắc này phát biểu rằng: trong các phân tử có cấu trúc gồm hai vòng và có nguyên tử carbon nằm cùng lúc trên cả hai vòng, các liên kết đôi giữa hai nguyên tử carbon không thể xảy ra tại vị trí nơi hai vòng gặp nhau (vị trí này được Bredt gọi là vị trí “đầu cầu”).

Nguyên do là các liên kết đôi sẽ buộc phân tử vào một hình dạng 3D bị căng, khiến nó trở nên dễ phản ứng và không ổn định, theo Neil Garg - nhà hóa học tại Đại học California, Los Angeles và là đồng tác giả nghiên cứu. “Cho đến nay, 100 năm sau, nhiều người vẫn nói rằng các cấu trúc dạng này quá thiếu ổn định để có thể tạo ra,” ông nói.

Mặc dù quy tắc Bredt đã đi vào nhiều sách giáo khoa hóa học, nhưng điều đó không ngăn các nhà nghiên cứu tìm cách phá vỡ nó. Các nghiên cứu trước đây đã gợi ý rằng có thể tạo ra phân tử olefin phá vỡ quy tắc Bredt (anti-Bredt olefin - ABO) với liên kết đôi carbon-carbon tại vị trí đầu cầu. Tuy nhiên, các nỗ lực tổng hợp chúng một cách hoàn chỉnh đều thất bại vì điều kiện phản ứng quá khắc nghiệt, theo Garg.

Trong nỗ lực mới nhất, Garg và các đồng nghiệp đã xử lý một hợp chất tiền chất từ fluoride để kích hoạt một phản ứng “loại bỏ” các nhóm nguyên tử khỏi phân tử, để thu về một phân tử có dấu hiệu liên kết đôi carbon đặc trưng của ABO. Khi các nhà nghiên cứu thêm các tác nhân bẫy (hóa chất dùng để giữ các phân tử không ổn định trong phản ứng) vào ABO 3D này, họ đã có thể tạo ra một số hợp chất phức tạp.

Chuang-Chuang Li - nhà hóa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Phương Nam ở Thâm Quyến, Trung Quốc, cho rằng có thể sử phương pháp này để khám phá các cách mới tổng hợp các phân tử khó chế tạo, chẳng hạn như thuốc hóa trị paclitaxel (được bán dưới tên Taxol) - một phân tử phức tạp với nhiều vòng rất khó tạo ra trong phòng thí nghiệm. “Đây là một phương pháp có giá trị và đáng tin cậy,” Li nói.

Garg và nhóm của ông đang tiếp tục nghiên cứu các phản ứng khác liên quan đến ABO và đang tìm cách tổng hợp các phân tử khác có cấu trúc tưởng chừng như không thể. “Chúng ta có thể suy nghĩ vượt ra ngoài khuôn khổ,” ông nói.