En la naturaleza, las moléculas orgánicas son diestras o zurdas, pero es difícil sintetizar moléculas con una "orientación" específica en un laboratorio. Haga un medicamento o una enzima con la "mano" incorrecta y simplemente no funcionará. Ahora los químicos de la Universidad de California, Davis, están cada vez más cerca de imitar la eficiencia química de la naturaleza a través de modelos computacionales y experimentación física.
En un estudio que aparece el 10 de enero en Nature , el profesor Dean Tantillo, los estudiantes de posgrado William DeSnoo y Croix Laconsay, y sus colegas del Instituto Max Planck en Alemania informan sobre la síntesis exitosa de moléculas quirales ("handed") específicas utilizando reordenamientos de hidrocarburos simples en presencia de catalizadores orgánicos complejos. La mayoría de los compuestos biológicos, incluidos muchos medicamentos recetados, son quirales.
Tantillo y sus colegas esperan que los hallazgos permitan a los científicos aprovechar mejor los hidrocarburos para una variedad de propósitos, como precursores de medicamentos y materiales.
"La novedad de este artículo es que, hasta donde yo sé, es realmente la primera vez que alguien ha podido obtener un cambio de carbocatión que produce uno de los productos de imagen especular en lugar del otro con alta selectividad", dijo Tantillo. /P>
En química, la quiralidad es una propiedad que se refiere a un par de moléculas que comparten composición atómica pero que son imágenes especulares entre sí. Al igual que tus manos izquierda y derecha, no se pueden superponer entre sí.
"Los químicos sintéticos a menudo quieren crear moléculas que se presenten en forma de imagen especular, pero sólo quieren una de ellas", dijo Tantillo. "Por ejemplo, si desea crear una molécula de fármaco, a menudo necesita una de las dos formas quirales para unirse selectivamente a una proteína o enzima objetivo".
Lograr esto puede ser difícil en un laboratorio porque dichas moléculas, según Tantillo, a menudo son como "pequeñas bolas de grasa con alguna carga positiva untadas a su alrededor".
La naturaleza grasosa de estas moléculas normalmente dificulta la unión de un catalizador químico en una orientación sobre otra debido a la falta de grupos cargados a los que el catalizador pueda agarrarse.
Pero los investigadores encontraron una solución. Utilizando un ácido orgánico quiral, imidodifosforimidato, como catalizador, el equipo realizó con éxito reordenamientos de alquenil cicloalcanos aquirales, produciendo moléculas quirales de interés llamadas cicloalquenos. Utilizando métodos computacionales, Tantillo y sus colegas dedujeron cómo el catalizador produce selectivamente una forma quiral sobre la otra.
Tantillo dijo que la reacción resultante es similar a cómo se comportan en la naturaleza las enzimas que producen productos de hidrocarburos llamados terpenos. Parte de la investigación de Tantillo se refiere al mapeo de las vías de reacción de los terpenos utilizando métodos de mecánica cuántica.
"Si hay múltiples caminos posibles hacia un producto, entonces cada vez que te detienes en un intermedio de ese camino, tienes la posibilidad de obtener subproductos que provienen de ese intermedio", dijo. "Por lo tanto, es importante saber cuándo y por qué un carbocatión quiere detenerse en su camino hacia un terpeno determinado si uno quiere comprender y, en última instancia, rediseñar las enzimas formadoras de terpenos".
En principio, el nuevo método podría aprovecharse para producir moléculas tanto naturales como no naturales.
"Es difícil decir si estas cosas se harán alguna vez, pero el petróleo es una fuente de muchos hidrocarburos, y si se pudieran convertir catalíticamente en moléculas con quiralidad definida, se habría aumentado el valor de esas moléculas", dijo Tantillo. .
Los coautores adicionales son:Vijay Wakchaure, Markus Leutzsch y Benjamin List, Max Planck Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr, Alemania; y Nobuya Tsuji, Universidad de Hokkaido, Sapporo, Japón.
Más información: Vijay N. Wakchaure et al, Desplazamientos catiónicos asimétricos catalíticos de hidrocarburos alifáticos, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06826-7
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por UC Davis
