Los químicos de Scripps Research han resuelto un problema de larga data en su campo mediante el desarrollo de un método para hacer un tipo de modificación de moléculas orgánicas muy útil y anteriormente muy desafiante. El avance facilita el proceso de modificación de una variedad de moléculas existentes para aplicaciones valiosas, como mejorar la potencia y duración de los medicamentos.

El nuevo método flexible, para "hidroxilación C-H dirigida con oxígeno molecular, "hace lo que solo las enzimas naturales han podido hacer hasta ahora. Se describe en un artículo de esta semana en Ciencias .

"Esperamos que este método se adopte ampliamente para construir posibles nuevas moléculas de fármacos y para modificar e incluso reutilizar fármacos existentes". "dice el investigador principal Jin-Quan Yu, Doctor., la Cátedra Bristol Myers Squibb de Química en Scripps Research. Yu también es profesor de química de Frank y Bertha Hupp.

La mayoría de los productos farmacéuticos y otros innumerables productos químicos son pequeñas moléculas orgánicas basadas en los anillos de la columna vertebral de los átomos de carbono. A veces, el anillo de la columna vertebral incluye un átomo que no es de carbono, como nitrógeno, en lugar de un carbono, en cuyo caso se llama heterociclo.

En el siglo pasado, los químicos han logrado enormes avances en la búsqueda de formas de ensamblar tales moléculas mediante reacciones químicas paso a paso, un proceso que ellos denominan síntesis orgánica. Pero algunos pasos de ensamblaje ampliamente deseados han seguido siendo difíciles o imposibles con el uso de métodos sintéticos.

Uno de ellos es el reemplazo de un átomo de hidrógeno, que adorna los carbones de la columna vertebral de forma predeterminada, con un emparejamiento de un átomo de oxígeno e hidrógeno llamado hidroxilo. A los químicos les gustaría poder hacer un reemplazo de este tipo en cualquier lugar de un anillo de carbono, usando O ordinario ₂ como fuente de átomos de oxígeno. Sin embargo, tomando prestado un átomo de oxígeno de O ₂ es muy desafiante, particularmente cuando se modifican compuestos heterocíclicos. Aunque son enzimas altamente especializadas y dedicadas en células animales, conocidas como enzimas del citocromo P450, han evolucionado para catalizar este tipo de reacción, hasta ahora ningún químico ha logrado la hazaña con las herramientas más flexibles de síntesis orgánica.

Yu y su equipo, que incluyó a los co-primeros autores Zhen Li y Zhen Wang, encontré una manera de hacer esto, utilizando un "catalizador" que permite la reacción inusual. El catalizador incluye un átomo del metal precioso paladio, que se utiliza ampliamente en la síntesis orgánica por su capacidad para romper los enlaces que unen los átomos de hidrógeno a los esqueletos de carbono de las moléculas orgánicas.

Pero el ingrediente clave del catalizador es una pequeña molécula orgánica llamada piridona, que actúa como una especie de asa, un "ligando", en el paladio. Este ligando esencialmente permite la eliminación de hidrógenos impulsada por el paladio y las uniones de hidroxilos, de una manera más flexible que nunca, cambiando su propia identidad, cambiando de forma, de ida y vuelta, entre la piridona y una molécula estrechamente relacionada llamada piridina. Los químicos llaman "tautómeros" a estos pares de moléculas que se interconvierten.

Yu y sus colegas demostraron la facilidad y el valor del nuevo método usándolo para modificar una variedad de medicamentos existentes, incluido el telmisartán, que reduce la presión arterial, el probenecid, medicamento para la gota, y el ácido meclofenámico antiinflamatorio.

“Con este catalizador y su ligando tautomérico podemos sortear muchas de las limitaciones tradicionales sobre dónde se pueden realizar las hidroxilaciones al construir nuevas moléculas o modificar las existentes, "Yu dice.