Cuando se trata de reacciones químicas, el flúor tiene fama de ser un "átomo de bala mágica" por su capacidad para aumentar la absorción de un fármaco y prolongar su vida útil. Sin embargo, los métodos tradicionales para agregarlo a los compuestos implican materiales costosos y pueden ser difíciles de lograr.
Los científicos de la Universidad Rice desarrollaron un proceso confiable y rentable de agregar flúor a las moléculas para aumentar la eficiencia de los fármacos mediante una reacción de hierro y azufre. Según un estudio publicado en Nature Chemistry , la reacción activada por luz se puede utilizar tanto para liberar flúor de los ácidos carboxílicos como para incorporarlo a los alquenos, componentes básicos comunes de los productos farmacéuticos y otros productos químicos. La vía química desarrollada por los investigadores de Rice representa una nueva fórmula para una fluoración más fácil, más barata y más eficaz.
"El secreto de muchos medicamentos importantes, desde Prozac hasta Lipitor, es un átomo llamado flúor", dijo Julian West, joven investigador Norman Hackerman-Welch y profesor asistente de química. "Cuando se une a las moléculas de los medicamentos, este pequeño átomo puede hacer que los tratamientos actúen más rápido durante más tiempo y con menos efectos secundarios. Pero es difícil unir flúor al fabricar medicamentos. Los procesos existentes a menudo requieren sustancias químicas que son muy costosas, peligrosamente reactivas y que simplemente no funcionan. No funciona muy bien."
El grupo de investigación de West se preguntó si podría encontrar una manera de añadir flúor a las moléculas mediante un proceso barato, eficiente y seguro.
"Esta era una gran idea cuando comenzamos nuestro grupo de investigación en 2019, pero nos sentíamos bastante seguros de que podíamos hacerlo después de descubrir que el hierro y el azufre pueden trabajar juntos para crear un tipo de reacción llamada descarboxilación. ", dijo West.
A diferencia de los materiales de partida de metales nobles utilizados para sintetizar moléculas para una variedad de industrias, los elementos más comunes como el hierro y el azufre son de fácil acceso, económicos y abundantes en todo el mundo. A principios de este año, el grupo de investigación West descubrió que cuando ilumina el hierro y el azufre, interactúan como clientes ruidosos de un bar que estallan en un tumulto con suficiente energía para romper las moléculas de ácido carboxílico, liberando átomos de flúor para su uso en otros lugares. P>
"Los ácidos carboxílicos están en todas partes; son baratos, disponibles y resistentes", dijo West. "El problema es que su propia estabilidad hace que sea difícil descomponerlos en partes útiles. Si el hierro y el azufre pudieran descarboxilar estos materiales comunes, haciendo que sus átomos de flúor estuvieran disponibles, entonces estaríamos en plena carrera".
Una vez que los investigadores determinaron cómo liberar el flúor de estos compuestos estables, tuvieron que descubrir cómo volver a unirlo de manera efectiva y segura. El alumno de doctorado de Rice, Yen-Chu Lu, y el estudiante de posgrado en química Kang-Jie (Harry) Bian descubrieron que los ácidos carboxílicos fluorados podían reaccionar con los alquenos, otra parte común de las moléculas de los fármacos.
"Los alquenos se utilizan más comúnmente para ayudar a unir los medicamentos porque pueden transformarse en muchas cosas diferentes, como una base sobre la que se pueden construir partes más complejas", dijo West. "Yen-Chu y Harry determinaron que la misma combinación de hierro y azufre que craqueó el ácido carboxílico podría facilitar la unión del fragmento de flúor recién revelado a los alquenos".
La nueva estrategia no sólo es rápida, sencilla y segura, sino que también parece aplicable en una amplia variedad de usos.
"Si desea agregar una pieza de flúor diferente, simplemente agregue un ácido carboxílico diferente", dijo West.
Lu y Bian trabajaron con el estudiante graduado de Rice, Shih-Chieh Kao, y los estudiantes universitarios Xiaowei Chen y David Nemoto Jr. para probar la estrategia.
"Realmente llevaron este enfoque al límite y aún no han descubierto sus límites", dijo West. "El equipo hizo un trabajo increíble y tengo mucha suerte de tener compañeros de trabajo tan creativos en nuestro grupo".
Más información: Bian, KJ. et al, Hidrofluoroalquilación fotocatalítica de alquenos con ácidos carboxílicos, Nature Chemistry (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01365-0. www.nature.com/articles/s41557-023-01365-0
Información de la revista: Química de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Rice
