Los científicos de la Universidad de Hokkaido han logrado sintetizar un α, derivado de α-difluoroglicina, un tipo de α-aminoácido, basado en una ruta de reacción predicha por cálculos químicos cuánticos. Este nuevo método, combinando química experimental y química computacional, podría innovar el desarrollo de nuevas reacciones químicas.

Además de ser los constituyentes básicos de péptidos y proteínas de nuestro organismo, Los α-aminoácidos son esenciales para nuestra vida diaria. Se utilizan para complementos nutricionales, aditivos alimentarios y muchos otros productos. Si bien los α-aminoácidos naturales se pueden sintetizar de forma económica mediante procesos de fermentación convencionales, α-aminoácidos no naturales, que podrían agregar nuevas propiedades a péptidos y proteínas, generalmente se elaboran mediante síntesis químicas.

En el estudio actual publicado en Ciencia química , un grupo de científicos del Instituto de Diseño y Descubrimiento de Reacciones Químicas (WPI-ICReDD) de la universidad se centró en la síntesis química de α, α-difluoroglicina, un α-aminoácido fluorado no natural, lo que podría mejorar la estabilidad metabólica y la actividad biológica de la molécula. Sin embargo, un método de síntesis eficaz para el aminoácido ha sido difícil de alcanzar.

El diseño de nuevas reacciones basadas en la síntesis orgánica convencional requiere numerosos ensayos y errores en los experimentos y el conocimiento de químicos expertos. Como consecuencia, Se ha necesitado una gran cantidad de tiempo y dinero para desarrollar una reacción innovadora.

Para superar este problema, WPI-ICReDD, el nuevo centro de investigación de la universidad, adoptó su tecnología central denominada método de reacción inducida por fuerza artificial (AFIR). El AFIR es un método computacional que aplica fuerzas virtuales intermoleculares o intramoleculares para realizar una búsqueda sistemática de vías de reacción química. El grupo aplicó el método AFIR para realizar el llamado análisis retrosintético que utiliza cálculos químicos cuánticos para encontrar las rutas de descomposición de un producto deseado antes de proponer rutas sintéticas de manera inversa.

Buscaron vías de descomposición de α, α-difluoroglicina y seleccionó un grupo que incluye tres compuestos básicos y simples:amina, difluorocarbeno, y dióxido de carbono. Su cálculo predijo que estos tres compuestos son capaces de producir el compuesto objetivo con un rendimiento del 99,99%.

Después de haber ajustado varias condiciones de reacción, los químicos experimentales sintetizaron con éxito un α, Derivado de α-difluoroglicina con un rendimiento del 80%. "Primero no pudimos obtener el producto de destino, pero todavía confiábamos en que la síntesis fuera exitosa porque la predicción computacional era muy concreta. Nos animó a seguir adelante, "dice Tsuyoshi Mita del grupo." Solo tomó dos meses lograr la síntesis, que es significativamente más rápido que un proceso de desarrollo típico. Ahorra un tiempo de investigación significativo porque una computadora predice la viabilidad de sintetizar compuestos objetivo y sus rendimientos químicos ".

"El método AFIR es fundamental para realizar síntesis orgánicas de próxima generación, "dice Satoshi Maeda, quien ideó el método. "Esperamos que nuestro método se aplique a la producción eficaz de productos químicos finos, materiales funcionales, y descubrir nuevos fármacos ". El grupo está creando una base de datos de las vías encontradas a través del método AFIR y espera utilizarla con los científicos de la información para acelerar el desarrollo de nuevas reacciones químicas.