A pesar de ser algunos de los componentes básicos más versátiles de la química orgánica, los compuestos llamados carbenos pueden ser demasiado calientes para manipularlos. En el laboratorio, los químicos a menudo evitan usar estas moléculas altamente reactivas debido a lo explosivas que pueden ser.

Sin embargo, en un nuevo estudio, publicado hoy en la revista Science , investigadores de la Universidad Estatal de Ohio informan sobre un método nuevo y más seguro para convertir estas moléculas de alta energía y de vida corta en otras mucho más estables.

"Los carbenos tienen una cantidad increíble de energía", dijo David Nagib, coautor del estudio y profesor de química y bioquímica en el estado de Ohio. "El valor de eso es que pueden hacer química que no puedes hacer de otra manera".

De hecho, los miembros de Nagib Lab se especializan en aprovechar reactivos con una energía química tan alta y han ayudado a inventar una multitud de nuevas sustancias y técnicas que de otro modo serían químicamente inalcanzables.

En este estudio, los investigadores desarrollaron catalizadores hechos de metales baratos y abundantes en la Tierra, como hierro, cobre y cobalto, y los combinaron para facilitar su nuevo método de aprovechar el carbeno.

Pudieron utilizar con éxito esta nueva estrategia para canalizar el poder de los carbenos reactivos para fabricar moléculas valiosas a mayor escala y mucho más rápido que los métodos tradicionales. Nagib comparó este salto con ingenieros que descubrieron cómo usar acero para construir rascacielos en lugar de ladrillo y mortero.

Por ejemplo, una característica molecular que los químicos han tenido dificultades para crear es el ciclopropano, un anillo pequeño y tenso de enlaces químicos retorcidos que se encuentran en algunos medicamentos. Más recientemente, el ciclopropano se ha utilizado como ingrediente clave en la píldora antiviral oral llamada Paxlovid. Utilizada para tratar el COVID-19, la píldora reduce la gravedad de la enfermedad al evitar que el virus se replique, en lugar de eliminarlo por completo.

Aunque el ciclopropano necesario para fabricar la droga ha sido difícil de crear en grandes cantidades, Nagib dijo que cree que el nuevo método de su laboratorio podría aplicarse para crear la droga más rápidamente y a mayor escala. "Nuestro nuevo método permitirá un mejor acceso a docenas de tipos de ciclopropanos para su incorporación en todo tipo de medicamentos para tratar enfermedades", dijo.

Si bien la investigación del equipo tiene aplicaciones potenciales fuera del ámbito farmacéutico, como los agroquímicos, Nagib dijo que lo que más le apasiona es cómo su herramienta podría acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos específicos. "Técnicamente podrías aplicar nuestros métodos a cualquier cosa", dijo. "Pero en nuestro laboratorio, estamos más interesados ​​en acceder a nuevos tipos de medicamentos más potentes".

Nagib predice que utilizando el proceso que desarrolló su equipo, un reactivo químico que actualmente requiere 10 o 12 pasos para fabricarse (mediante explosivos intermedios) podría hacerse en cuatro o cinco, eliminando casi el 75% del tiempo que lleva fabricarlo.

En general, Nagib dijo que espera que esta investigación ayude a otros químicos a hacer su trabajo.

"Hay muchos científicos realmente excelentes en todo el mundo que hacen este tipo de química y, al usar nuestra herramienta, podrían tener un laboratorio más seguro", dijo Nagib. "El sabor de la ciencia que hacemos, la recompensa más satisfactoria es cuando otras personas usan nuestros métodos químicos para mejorar las moléculas importantes".

Otros coautores fueron Lumin Zhang, ex becario postdoctoral, así como Bethany M. DeMuynck, Alyson N. Paneque y Joy E. Rutherford, todos estudiantes graduados en el departamento de química y bioquímica y miembros del Nagib Lab. + Explora más

Un 'cinturón' molecular más ajustado para fabricar nuevos fármacos