Si bien parece que vivimos en un mundo de abundancia, detrás de escena, obtener cantidades suficientes de ingredientes clave puede ser un desafío. Por ejemplo, la síntesis de ciertos antibióticos, los antibióticos betalactámicos, requiere ciertas moléculas en grandes cantidades, y obtener una cantidad suficiente de estas moléculas ha sido históricamente difícil.
En un estudio, titulado "Síntesis catalítica de derivados de β-lactama mediante cicloadición carbonilativa de acilsilanos con iminas a través de un intermedio de paladio Fischer-carbeno" y publicado en Nature Catalysis , investigadores de la Universidad de Osaka revelan una forma nueva y simplificada de sintetizar la intrincada estructura de betalactámicos característica de los antibióticos betalactámicos.
La penicilina, el primer antibiótico producido en masa, es un ejemplo de antibiótico betalactámico. Estos antibióticos son la primera opción para determinadas infecciones bacterianas porque son más selectivos y menos tóxicos que la mayoría de los fármacos. Como era de esperar, hay docenas de antibióticos betalactámicos aprobados para uso clínico y en desarrollo.
Desafortunadamente, sintetizar estos antibióticos en el laboratorio ha sido un desafío debido a su estructura pequeña pero intrincada. Por lo tanto, normalmente se necesitan catalizadores para facilitar los pasos críticos durante la síntesis. Un catalizador, conocido como complejo de Fischer-carbeno, funciona bien pero debe usarse en grandes cantidades. El objetivo del estudio del equipo de investigación era la síntesis de un catalizador de Fischer-carbeno que funciona en pequeñas cantidades.
"Nuestro nuevo sistema catalítico puede generar complejos de Fischer-carbeno a partir de compuestos organosilícicos, que no son tóxicos", explica Tetsuya Inagaki, autor principal del estudio. "Es más, pudimos aislar y caracterizar un intermediario clave:un complejo de siloxicarbeno-paladio".
A diferencia de los protocolos anteriores de síntesis de Fischer-carbeno, el proceso no produce residuos de cromo tóxicos y no requiere fotoirradiación. La reacción se desarrolla en un solo paso, es operativamente sencilla y requiere sólo una pequeña cantidad de catalizador. Los investigadores lo utilizaron para preparar la estructura del antibiótico tienamicina con un rendimiento del 94 %.
"Estamos entusiasmados porque nuestra investigación ayudará a sintetizar catalizadores de Fischer-carbeno que de otro modo serían difíciles de aislar, y brindará acceso a bloques de construcción de betalactámicos estructuralmente complicados en un recipiente de reacción", dice Mamoru Tobisu, autor principal. "Esperamos aplicar nuestro protocolo de reacción a otras clases de objetivos sintéticos."
Este trabajo es un paso importante hacia la simplificación de la síntesis de betalactámicos, el andamio molecular más común de los antibióticos. Debido a que el protocolo sintético es simple y mínimamente tóxico, las aplicaciones para futuras transformaciones químicas deberían ser sencillas.
Más información: Tetsuya Inagaki et al, Síntesis catalítica de derivados de β-lactama mediante cicloadición carbonilativa de acilsilanos con iminas mediante un intermedio de paladio Fischer-carbeno, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01081-5
Información de la revista: Catálisis de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Osaka
