Una collaborazione guidata da Cornell sta spostando l'interruttore sulla chimica sintetica tradizionale utilizzando l'elettricità per guidare una nuova reazione chimica che in precedenza ha lasciato perplessi i chimici che si affidano a metodi convenzionali.

Questa nuova reazione, dettagliata nel documento del team, "La doppia elettrocatalisi consente l'idrocianazione enantioselettiva di alcheni coniugati, " pubblicato il 29 giugno in Chimica della natura —potrebbe stimolare la fabbricazione di una miriade di nuovi, farmaci a basso costo.

Il progetto era una collaborazione tra gli autori co-senior Song Lin e Robert A. DiStasio Jr., entrambi assistenti professori di chimica e biologia chimica nel College of Arts and Sciences.

Il laboratorio di Lin sta esplorando le potenziali applicazioni dell'elettrochimica, che guida le reazioni chimiche con tensione invece dei reagenti favoriti dalla chimica organica tradizionale. Questi reagenti possono essere costosi e difficili da controllare su scale più grandi. E mentre l'elettrochimica è spesso impiegata nella ricerca sulle batterie e sull'energia, è meno comunemente usato nella sintesi chimica.

Lin si è particolarmente concentrato sull'uso dell'elettrocatalisi per creare molecole chirali, molecole che sono immagini speculari non sovrapponibili l'una dell'altra (spesso indicate come mancine e destrorse) e piuttosto diffuse in tutta la chimica farmaceutica. Per questo progetto, il suo gruppo ha collaborato con l'azienda farmaceutica Eli Lilly per identificare trasformazioni di reazioni specifiche che potrebbero essere mirate per creare precursori a basso costo per nuovi farmaci.

In questo lavoro, Lin e il suo team hanno sviluppato un catalizzatore che esegue la catalisi asimmetrica, un modo per guidare le reazioni chimiche verso uno specifico prodotto chirale (ad es. produzione della versione destrorsa di una molecola chirale invece di quella levogira).

"Questo ci ha davvero permesso di migliorare la selettività della reazione, in modo da ottenere un prodotto sufficientemente puro da poter essere utilizzato, potenzialmente, per scopi di scoperta di farmaci, " ha detto Lin. "Anche se questo lavoro non cambia necessariamente il modo in cui i farmaci sono fabbricati, ci fornisce l'accesso a una grande varietà di analoghi."

I ricercatori sono stati in grado di combinare due diverse reazioni, il trasferimento dell'atomo di idrogeno mediato dal cobalto e la cianazione radicale promossa dal rame, su un substrato di alchene utilizzando una doppia strategia catalitica.

"Abbiamo due diversi catalizzatori nel sistema, e ognuno di loro assume un ruolo specifico, " Lin ha detto. "L'elettrochimica ci permette di combinare questi due sistemi chimici senza soluzione di continuità, e alimentano più cicli chimici o diversi eventi di ossidazione nello stesso sistema di reazione."

La reazione che ne risultò, l'idrocianazione asimmetrica degli alcheni, è sfuggita ai chimici organici per decenni. Ora, variando il substrato, possono modificare la struttura molecolare di un farmaco commerciale e creare nuove varietà.

Per comprendere meglio il meccanismo alla base di questa reazione a lungo cercata, Lin si rivolse a DiStasio, il cui laboratorio è specializzato in chimica teorica. Particolarmente rilevante è il lavoro svolto da DiStasio e dal suo gruppo descrivendo e comprendendo le interazioni non legate (o non covalenti) che si verificano tra le molecole.

"Dopo aver eseguito una serie di calcoli dettagliati di meccanica quantistica su questo sistema, ci è apparso chiaro che il catalizzatore di rame ha una natura piuttosto interessante e dicotomica, " DiStasio ha detto. "Combinando interazioni non covalenti attrattive e repulsive, questo catalizzatore consente un molto difficile, eppure tremendamente utile, reazione chimica."