Los químicos utilizan esta configuración experimental para reacciones fotoquímicas. Crédito:Peter Bellotti
Un objetivo importante de la química orgánica y médica en las últimas décadas ha sido la síntesis rápida de moléculas tridimensionales para el desarrollo de nuevos fármacos. Estos candidatos a fármacos exhiben una variedad de propiedades mejoradas en comparación con estructuras moleculares predominantemente planas, que se reflejan en los ensayos clínicos por una mayor eficacia y tasas de éxito. Sin embargo, sólo podían producirse con un gran coste o no se podían producir utilizando métodos anteriores. Los químicos dirigidos por el profesor Frank Glorius (Universidad de Münster, Alemania) y sus colegas, el profesor M. Kevin Brown (Universidad de Indiana en Bloomington) y el profesor Kendall N. Houk (Universidad de California, Los Ángeles) ahora han logrado convertir varias clases de moléculas planas que contienen nitrógeno en las estructuras tridimensionales deseadas. Utilizando más de 100 ejemplos novedosos, pudieron demostrar la amplia aplicabilidad del proceso. Este estudio será publicado por Ciencias el viernes, 26 de marzo de 2021.
La transferencia de energía mediada por la luz supera la barrera energética
Uno de los métodos más eficientes para sintetizar arquitecturas tridimensionales implica la adición de una molécula a otra, conocido como cicloadición. En este proceso, Se forman dos nuevos enlaces y un nuevo anillo entre las moléculas. Para sistemas aromáticos, es decir. compuestos de anillo planos y particularmente estables:esta reacción no era factible con los métodos anteriores. La barrera de energía que inhibe tal cicloadición no podría superarse incluso con la aplicación de calor. Por esta razón, los autores del " Ciencias El artículo exploró la posibilidad de superar esta barrera a través de la transferencia de energía mediada por la luz.
"El motivo de utilizar la energía de la luz para construir más complejos, Las estructuras químicas también se encuentran en la naturaleza, ", explica Frank Glorius." Así como las plantas usan la luz en la fotosíntesis para sintetizar moléculas de azúcar a partir de los componentes básicos del dióxido de carbono y el agua, utilizamos la transferencia de energía mediada por la luz para producir complejos, moléculas objetivo tridimensionales de estructuras básicas planas ".
Una molécula plana que contiene nitrógeno se convierte en una molécula tridimensional mediante síntesis fotoquímica (ilustración). El carácter chino de la flecha significa "ligero". Crédito:Peter Bellotti
¿Nuevos candidatos a fármacos para aplicaciones farmacéuticas?
Los científicos señalan las "enormes posibilidades" del método. La novela, motivos estructurales poco convencionales presentados por el equipo en el " Ciencias "el papel ampliará significativamente la gama de moléculas que los químicos médicos pueden considerar en su búsqueda de nuevos fármacos:por ejemplo, bloques de construcción básicos que contienen nitrógeno y de gran relevancia para los productos farmacéuticos, como las quinolinas, isoquinolinas y quinazolinas, que han sido poco utilizados debido a problemas de selectividad y reactividad. A través de la transferencia de energía mediada por la luz, ahora pueden combinarse con una amplia gama de alquenos estructuralmente diversos para obtener nuevos candidatos a fármacos tridimensionales o sus cadenas principales. Los químicos también demostraron una variedad de transformaciones innovadoras para el procesamiento posterior de estas columnas vertebrales sintetizadas, utilizando su experiencia para allanar el camino para las aplicaciones farmacéuticas. La gran practicidad del método y la disponibilidad de los materiales de partida requeridos son cruciales para el uso futuro de la tecnología:las moléculas utilizadas están disponibles comercialmente a bajo costo o son fáciles de producir.
"Esperamos que este descubrimiento proporcione un nuevo ímpetu en el desarrollo de nuevos agentes médicos y también se aplique y se investigue más a fondo de manera interdisciplinaria, ", explica Jiajia Ma. Kevin Brown añade:" Nuestro avance científico también puede ganar una gran importancia en el descubrimiento de agentes fitosanitarios y más allá ".
Sinergia de la química experimental y computacional
Otra característica especial del estudio:los científicos aclararon el mecanismo de reacción y la estructura exacta de las moléculas producidas por primera vez no solo analítica y experimentalmente en detalle, pero también a través de la química computacional:Kendall Houk y Shuming Chen realizaron un modelado detallado de la reacción asistido por computadora. Pudieron mostrar cómo funcionan estas reacciones y por qué ocurren de manera muy selectiva.
"Este estudio es un excelente ejemplo de la sinergia de la química teórica experimental y computacional, "dice Shuming Chen, ahora es profesor en Oberlin College en Ohio.
"Nuestra elucidación mecanicista detallada y comprensión de los conceptos de reactividad permitirá a los científicos desarrollar métodos complementarios y usar lo que aprendimos para diseñar rutas sintéticas más eficientes en el futuro, "agrega Kendall Houk.
La historia detrás de la publicación
Usando el método de transferencia de energía mediada por luz, tanto Jiajia Ma / Frank Glorius (Universidad de Münster) como Renyu Guo / Kevin Brown (Universidad de Indiana) tuvieron éxito, independientemente. A través de colaboraciones con Kendall Houk y Shuming Chen en UCLA, ambos grupos de investigación se enteraron del mutuo descubrimiento. Los tres grupos decidieron seguir desarrollando sus hallazgos juntos para compartir su avance con la comunidad científica lo antes posible y proporcionar a los químicos médicos esta tecnología para desarrollar fármacos novedosos.
