En la carrera por crear medicamentos más potentes y estables, Los científicos saben que agregar flúor puede mejorar las moléculas de los medicamentos.

Sin embargo, sólo se sabe que ocurre una reacción de fluoración en la naturaleza. Y este proceso lo realizan enzimas complejas y altamente especializadas que son difíciles de replicar. Ahora, Los científicos han desarrollado un nuevo Molécula aerodinámica que puede hacer el trabajo de las enzimas pero que puede diseñarse y controlarse minuciosamente. Este nuevo catalizador transforma una caja fuerte, sal de fluoruro asequible en moléculas orgánicas fluoradas. Además de los productos farmacéuticos mejorados, Las moléculas fluoradas también pueden actuar como "radiotrazadores" útiles en la tecnología de imágenes médicas 3-D de alta resolución. como la exploración por PET (tomografía por emisión de positrones).

Robert Paton, profesor asociado en el Departamento de Química de la Universidad Estatal de Colorado, contribuido al nuevo estudio, que se publicó esta semana en Ciencias . El trabajo fue concebido y dirigido por la profesora Véronique Gouverneur de la Universidad de Oxford, con diseño y síntesis proporcionados por Gabriele Pupo y Francesco Ibba en el laboratorio Gouverneur, y el modo de acción descubierto mediante cálculos de la mecánica cuántica por David Ascough y Paton de Oxford.

"Este nuevo catalizador realiza la misma función que la enzima biológica, pero es una fracción del tamaño y es más aplicable, "Dijo Paton. Además, el catalizador diseñado se puede utilizar para incorporar flúor en una variedad de moléculas orgánicas, mientras que la enzima natural se limita a un solo objetivo.

Diseñando una nueva garra molecular

Los catalizadores aceleran las reacciones químicas, creando nuevos compuestos a partir de los ingredientes originales. El catalizador que desarrollaron Paton y sus colegas está específicamente ajustado para integrar átomos de flúor en un nuevo producto orgánico. "Funciona como un juego de arcade de grúa garra, "Paton dijo sobre el modo de acción del catalizador." Estás tratando de elegir un juguete esponjoso entre muchos y sujetarlo con fuerza. En un amplio sentido, eso es lo que hace nuestro catalizador. Rodeado de otros productos químicos, Se une selectivamente a los aniones de fluoruro utilizando tres enlaces de hidrógeno, efectivamente una garra molecular, y luego lo posiciona para agregar el sustrato, "o la ubicación de destino.

Con tareas tan específicas, Los catalizadores son extremadamente difíciles de crear desde cero. "Estás intentando construir una molécula con una función específica y una forma tridimensional precisa, "Dijo Paton.

Ahí es donde entra en juego el trabajo de Paton. Su laboratorio se especializa en análisis computacional y utiliza la mecánica cuántica para predecir la estructura y el comportamiento. Al crear un nuevo catalizador, "El diseño asistido por computadora le permite visualizar estructuras a escala atómica, de la misma manera que diseñaría un nuevo avión o una nueva casa, ", dijo. En el pasado, él agregó, "El descubrimiento de nuevas moléculas funcionales se ha basado en gran medida en la serendipia y el ensayo y error. Hemos combinado la computación con el experimento para comprender el mecanismo de cómo funciona esto. Y lo aplicamos desde el principio para guiar nuestro diseño experimental".

Este enfoque les permite depender menos de las pruebas y errores que consumen mucho tiempo. En lugar de, "se trata de minimizar las fallas mediante una mejor comprensión de cómo se producen las reacciones, " él dijo.

Una química más verde

Paton se unió a la Facultad de Ciencias Naturales de la CSU este enero desde su puesto como profesor asociado en la Universidad de Oxford en el Reino Unido. donde se realizó el nuevo trabajo. Lleva su investigación de amplia aplicación al nuevo Edificio de Investigación Química.

Más allá del trabajo sobre flúor, su investigación en general también está ayudando a crear una química "más verde". El enfoque computacional reduce los intentos de prueba y error. Y mejorando la catálisis con más inteligente, Las moléculas creadas a medida también reducen los productos de desecho.

También se podrían poner en funcionamiento nuevos catalizadores para generar nuevos productos útiles a partir de residuos. Por ejemplo, Los compuestos diseñados específicamente podrían convertir los productos vegetales desechados en productos químicos útiles, como los productos energéticos. Se trata de "poder controlar la catálisis para generar los productos que desee, "Dijo Paton. Y ese trabajo podría estar algún día detrás de un mejor combustible farmacéutico o más limpio, todo gracias a una garra molecular más eficiente.