תרופות מסוימות יעילות יותר ככל שהן נמצאות בגוף משך זמן ארוך יותר. בכדי לסייע במניעת התפרקותן המהירה בגוף, חברות תרופות לרוב מחברות להן קבוצה כימית המכילה אטומי פלואור, ואשר קרויה טריפלואורומתיל. אולם, התהליך הקיים היום לשם כך מחייב תנאי תגובה חריפים או שהוא מתאים רק במקרים מועטים, עובדות המגבילות את התועלתיות של הקבוצה עבור ההכנה של חומרים כימיים כמועמדים חדשים שיוכלו לשמש בפיתוח תרופות.
Stephen Buchwald, פרופסור לכימיה מהמכון, אשר הוביל את צוות המחקר, אומר כי פיתוח הסינתזה היה אתגר ארוך-יומין עבור כימאים. “אנשים אחדים טענו כי הדבר בלתי אפשרי, כך שזו סיבה טובה לנסות,” אומר החוקר הראשי.
קבוצת הטריפלואורומתיל (בקיצור CF3) הינה מרכיב במספר תרופות נפוצות, בכללן התרופה נוגדת הדיכאון פרוזאק (Prozac), התרופה כנגד דלקת הפרקים סלברקס (Celebrex) והתרופה לטיפול בתסמיני סכרת Januvia. כאשר חומרים זרים, כגון תרופות, נכנסים לגוף הם מגיעים לכבד, שם הם מפורקים ומועברים לכליות לשם הפרשתם החוצה. אולם, הגוף מתקשה לפרק את קבוצות הטריפלואורומתיל מאחר והן מכילות שלושה אטומי פלואור. “פלואור אינו מרכיב הנכלל בתזונה הרגילה שלנו, כך שהגוף לא ממש יודע כיצד לטפל בו,” מסביר החוקר הראשי.
הקבוצה הינה מרכיב נפוץ גם בכימיקלים לחקלאות כגון מדבירי מזיקים. בכדי לחבר את קבוצת הטריפלואורומתיל לפרודות אורגניות, כימאים לרוב משתמשים במימן פלואורי (HF) בתנאים חריפים העלולים לגרום לתגובות לוואי שיהפכו את ההכנה והניקוי של תרופות למורכבים ויקרים יותר.
בתגובה החדשנית, מאידך, ניתן לחבר את הקבוצה האמורה בשלב הרבה יותר מאוחר של סינתזת התרופה. כמו-כן, ניתן להשתמש בתגובה עם טווח נרחב יותר של חומרי-מוצא, מה שמספק למפתחי תרופות גמישות רבה יותר בתכנון של חומרים חדשים. כימאים ניסו למצוא שיטה קטליטית ישימה באופן נרחב לחיבור של הקבוצה לתרכובות אריל מזה מספר עשורים. חלקם הצליחו לפתח קטעים שונים של התגובה, אך אף אחד מהם לא הצליח להרכיב את כל החלקים יחדיו לקבלת שיטה ישימה ויעילה. האתגר העיקרי היה במציאת הזרז המתאים לשם העברת הקבוצה מחומר המוצא לחומר הסופי.
הקבוצה, או יותר נכון האניון שלה (CF3-), נוטים להיות בלתי יציבים בזמן ניתוקם מחומר-המוצא, כך שעל הזרז להעביר את הקבוצה במהירות מרבית לפני התפרקותה.
צוות המחקר בחר להשתמש בזרז המבוסס על פלאדיום, המשמש בתגובות קטליטיות רבות. הצוות הזה אינו הראשון שניסה זרז פלאדיום, אולם המפתח להצלחתו היה השימוש בליגנדה (פרודה הנקשרת לאטום המתכת המייצבת ומזרזת את התגובה) מיוחדת הקרויה BrettPhos, אשר פותחה קודם לכן ע”י אותו הצוות למטרות אחרות. מציאת התגובה המתאימה חייבה בדיקתם של שילובי תנאים שונים ורבים של פלאדיום, ליגנדות, חומרי-מוצא, טמפרטורה וגורמים נוספים. “כל הגורמים חייבים להתאים יחדיו בדיוק,” מסביר החוקר הראשי. במהלך הניסויים שלהם, צוות המחקר קיבל ניצולות בתחום של 94-70 אחוזים עבור התגובה החדשה.
במתכונתו הנוכחית, התהליך יקר מדי לשימוש תעשייתי. אולם, עבור גילוי תרופות, התהליך עשוי להוזיל את העלויות הכוללות מאחר והוא מפשט את תהליך הסינתזה כולו. “עבור כימאי תרופות, המחיר של המתכת פחות משמעותי,” מסביר החוקר. בנוסף, כל מרכיבי התגובה זמינים מסחרית, כך שחברות התרופות וגורמים אחרים המעוניינים בכך יוכלו להשתמש בשיטה זו לאלתר.
