El crenarqueol es un gran lípido de circuito cerrado que está presente en las membranas de arqueas oxidantes de amonio, una forma de vida unicelular que existe ubicuamente en los océanos. En comparación con otros lípidos de la membrana de las arqueas, crenarqueol es muy complejo y, hasta aquí, los intentos de confirmar su estructura sintetizando la molécula completa no han tenido éxito. Los químicos orgánicos de la Universidad de Groningen han asumido este desafío y han descubierto que la estructura propuesta para la molécula era en gran parte, pero no del todo, correcto.

El crenarqueol contiene 86 átomos de carbono y es un macrociclo, un gran circuito cerrado. No menos de 22 posiciones en la molécula son quirales. La molécula puede estar presente en dos formas que son la imagen especular de la otra, como una mano derecha e izquierda. En la molécula de crenarqueol, los 22 centros quirales tienen su propia "lateralidad" específica. Es más, El crenarqueol contiene un grupo ciclohexano muy poco común.

Desafío

Esta compleja molécula fue aislada por primera vez en 2002 por Jaap Sinninghe Damsté y sus colegas del Instituto Real de Investigación del Mar de los Países Bajos. NIOZ. Identificaron su estructura mediante técnicas espectroscópicas, pero su resultado nunca ha sido confirmado. Esto es sorprendente porque las arqueas oxidantes de amonio juegan un papel clave en el ciclo del nitrógeno oceánico y el crenarqueol fósil y sus lípidos acompañantes son ampliamente utilizados por los paleontólogos moleculares para reconstruir las temperaturas del mar pasadas. "La estructura del crenarqueol es un desafío formidable para la química orgánica sintética, "dice Adri Minnaard, Catedrático de Química Orgánica en la Universidad de Groningen. "Y decidimos retomarlo".

Primero, Se aislaron y purificaron 3 miligramos del compuesto natural en NIOZ, que tardó unos tres meses. Solo hay pequeñas cantidades de crenarqueol en cada célula, solo 0.000000001 gramo, pero debido a que hay tantas de estas células en los océanos del mundo y dado que la molécula es muy estable y se ha acumulado en el sedimento durante millones de años, Se cree que es una de las moléculas orgánicas más abundantes en los sedimentos marinos.

el Monte Everest

Existen varios problemas con la síntesis de crenarqueol; conseguir que todos los centros quirales estén en la orientación correcta es uno de ellos. "Y la molécula contiene muchos enlaces carbono-carbono, que son difíciles de construir ". Pero es un desafío que un químico orgánico sintético no puede resistir, al igual que un montañista ambicioso no puede resistir el Monte Everest. Minnaard mostró la estructura a su estudiante de doctorado Mira Holzheimer, que trabajó en reacciones sintéticas catalizadas por paladio. "Su respuesta literal fue:'Quiero escalar esa montaña'". Hicieron un plan de ataque en papel, lo que implicó separar la molécula en los bloques de construcción que podrían sintetizarse. Esto produjo una ruta tentativa hacia la síntesis de moléculas de crenarqueol completas, que Holzheimer exploró.

Similar a escalar una montaña por primera vez, la ruta sintética que diseñaron al principio a veces conducía a un callejón sin salida. Esto significó volver sobre estos pasos y probar un nuevo enfoque. "Se comienza con varios gramos de compuestos básicos. Pero en cada uno de los más de 65 pasos intermedios, pierdes material, a veces hasta el 50 por ciento. Y si te quedas sin intermediarios, tienes que volver todo el camino de nuevo, "Minnaard explica.

Choque

Después de tres años de arduo trabajo, Holzheimer había producido una gran parte de la molécula, aproximadamente la mitad del macrociclo. Minnaard:"En esa etapa, decidimos compararlo con la parte correspondiente de crenarqueol natural ". Esto se hizo mediante cromatografía de gases acoplada y espectrometría de masas. La comparación se realizó en NIOZ y los resultados fueron sorprendentes". Sintetizamos el esqueleto de carbono correcto, pero el comportamiento cromatográfico no fue el mismo que el del crenarqueol natural. Algo estaba mal, "Recuerda Minnaard.

Después de dos días de control, Minnaard y Holzheimer concluyeron que realmente habían creado la estructura propuesta. Y como no coincidía completamente con el crenarqueol natural, esto solo podía significar una cosa:la estructura propuesta no era del todo correcta. Los resultados apuntaron hacia uno de los centros quirales del inusual grupo ciclohexano. "Nuestros colaboradores en NIOZ asignaron erróneamente solo un centro quiral de 22". La corrección de la estructura fue respaldada además por cálculos sobre los espectros de crenarqueol natural y preparado, que fueron realizadas por el Prof. Remco Havenith y la Dra. Ana Da Cunha. Minnaard. "Esto muestra el valor de la química sintética:construir una estructura propuesta es el estándar de oro para la validación".

Arte

Una construcción tan compleja como la del crenarqueol trae algunos beneficios adicionales:"Tuvimos que desarrollar nuevas herramientas sintéticas, que ahora se agregan a la caja de herramientas de síntesis orgánica ". Además, Tener la estructura correcta es importante para los científicos que estudian las membranas de las arqueas. Esto generalmente se hace mediante simulación de dinámica molecular, explica Minnaard, y la estructura completamente correcta ahora está disponible. Sin embargo, esta recompensa no es la mayor motivación para que Minnaard se haga cargo de estos proyectos. "No siempre tiene que tener un propósito. Para mí, construir moléculas puede ser arte ".