O nouă metodă chimică promite să accelereze descoperirea medicamentelor prin tehnici inovatoare
Cercetătorii de la Universitatea Binghamton au identificat un nou mecanism care ar putea conduce la rezultate mai rapide în cercetarea farmaceutică.
Legăturile carbon-halogen sunt printre cele mai comune „mânere” în chimia organică, fiind adăugate la molecule pentru a permite sau controla o reacție chimică.
Acestea respectă o regulă simplă: un mânere, o substituție.
Halogenul este îndepărtat și înlocuit cu o nouă moleculă, cunoscută sub numele de funcționalitate – o reacție predată în cursurile de licență. Într-un studiu recent publicat în revista Science, cercetătorii prezintă o metodă care încalcă această regulă, folosind un singur mânere pentru a adăuga grupuri diferite la doi atomi de carbon vecini.
Lucrarea a fost co-conducă de Hirschi și Musacchio, cu studiile mecanistice realizate de Das, un cercetător postdoctoral în laboratorul lui Hirschi. Cercetarea a fost finanțată de Institutele Naționale de Sănătate.
Atomii de carbon sunt esențiali pentru moleculele care formează multe medicamente. În cercetarea descoperirii medicamentelor, aceste molecule sunt de obicei construite o reacție pe rând. Crearea a două modificări chimice într-un singur pas ar putea scurta drumul către o țintă, a explicat Hirschi.
Laboratorul lui Musacchio de la Buffalo a sintetizat noile molecule, folosind LED-uri albastre disponibile pe piață și un solvent pe bază de alcool cunoscut studenților de la chimie. Între timp, cercetătorii de la Binghamton au utilizat modelare computațională pentru a determina cum se desfășoară reacția, bazându-se pe teoria funcțională de densitate și dinamica moleculară ab initio.
Lumina albastră activează transferul unui atom de hidrogen; aceasta, împreună cu o reorganizare electronică internă, transformă o legătură carbon-halogen într-un intermediar reactiv cunoscut sub numele de cation radical de alchenă. De obicei, cationii radicali de alchenă apar doar cu catalizatori puternic oxidanti, a explicat Hirschi.
Modelarea a dezvăluit forța motrice. Reacția are loc într-un solvent de alcool fluorurat, ale cărui molecule formează o rețea de legături de hidrogen în jurul atomului de halogen care pleacă. Această rețea stabilizează halogenul atât de eficient încât energia câștigată depășește energia necesară pentru a rupe legătura carbon-halogen, permițând formarea intermediarului în condiții mai blânde.
Înțelegerea acestui traseu a servit drept ghid pentru chimie. Deoarece intermediarul reactiv prezintă două site-uri reactive alăturate, un singur mânere poate instala două grupuri diferite pe carboni adiacenți într-o singură operație. Ghidați de mecanism, cercetătorii au aplicat abordarea la o gamă de materiale de bază cotidiene, inclusiv bromuri, cloruri, fluoruri și chiar alcooluri neprotejate, formând noi legături cu azot, oxigen și sulf, și asamblând structuri mici de inel.
Într-o variantă corelată, halogenul este transferat la carbonul vecin, unde devine un nou mânere pentru reacții ulterioare. Mecanismul oferă acum un cadru atât pentru metoda actuală, cât și pentru lucrările viitoare, oferind chimistilor o modalitate de a transforma blocurile de bază obișnuite în structuri mai complexe, relevante pentru medicamente, în pași mai puțini, a spus Hirschi.
„Speranța este nu doar de a produce medicamente mai repede, ci și de a crea medicamente mai complexe care să poată viza obiectivele medicale mai provocatoare”, a afirmat Musacchio.
