Quasi 50 anni da quando il compianto Richard Heck ha scoperto la potente reazione chimica che ha portato al Premio Nobel 2010 del professore dell'Università del Delaware, i chimici stanno ancora trovando modi nuovi e preziosi per usare la reazione di Heck.

Uno di loro:il prof. Donald A. Watson—fa parte del Dipartimento di Chimica e Biochimica dove Heck ha insegnato durante il suo periodo presso la facoltà di UD (1971-89). E Watson e il suo gruppo di ricerca hanno appena pubblicato nuove scoperte che potrebbero semplificare lo sviluppo e la produzione di farmaci a piccole molecole, che costituiscono la maggior parte dei farmaci oggi in uso. I principi attivi di questi farmaci a piccole molecole sono generalmente forniti da una compressa o capsula e assorbiti nel flusso sanguigno.

Il loro lavoro, pubblicato in Angewandte Chemie , mostra come la reazione di Heck (che utilizza il palladio come catalizzatore per legare le molecole di carbonio) può rendere più semplice e pratica la produzione di scaffold indoline, strutture che forniscono un'importante piattaforma per nuove molecole.

Le impalcature indoline si trovano in molti prodotti naturali e medicinali usati per curare malattie tra cui il cancro, ipertensione, emicrania e altre condizioni.

Ma produrre questi scaffold è stato impegnativo, soprattutto quando è richiesta una maggiore complessità.

Watson e il suo gruppo hanno visto un nuovo modo di distribuire la Heck Reaction, usando azoto, un elemento assetato di elettroni, per realizzare l'assemblaggio in modi precedentemente impensabili e rendere accessibili gli assemblaggi complessi. Con l'azoto come reagente, l'elemento che governa la reazione chimica, sono emerse nuove possibilità.

"Tutto ciò su cui Heck si è concentrato si basa su reagenti a base di carbonio, " Watson ha detto. "Stiamo chiedendo, può essere applicato ad altri elementi della tavola periodica? La risposta a questo in breve è sì. Questo è quello che stiamo scoprendo... Abbiamo esaminato il silicio, atomi di boro e, Ora, azoto, che è direttamente rilevante per la fabbricazione di composti bioattivi."

Un composto bioattivo viene utilizzato per provocare una risposta biologica specifica in un organismo vivente. I composti bioattivi nei farmaci, Per esempio, può essere usato per uccidere i batteri, abbassare la pressione sanguigna o uccidere le cellule tumorali.

Watson crediti studente di dottorato Feiyang Xu, l'autore principale dell'articolo, con la ricerca del percorso per questo processo di conversione.

"Ho detto, 'non sarebbe fantastico se potessimo capire come farlo?' E Feiyang l'ha capito, " disse Watson.

"Abbiamo esplorato i parametri di ciò che è consentito, "Watson ha detto, "e definire le regole di come funzionano queste nuove reazioni. E questo è il nostro lavoro come scienziati di base, definire e fornire strumenti per altri chimici, per scoprire dove quegli strumenti funzioneranno e non funzioneranno e cosa puoi fare con quegli strumenti."

La chiave del processo è costringere l'azoto a eseguire gli ordini del chimico in una svolta che i chimici chiamano "ümpole".

"Ogni cosa ha la sua attività intrinseca, " ha detto la dottoranda Katerina M. Korch, che ha contribuito a progettare esperimenti, sviluppare una tabella dei substrati (che fornisce i risultati di tutti i test effettuati sui composti studiati) e scrivere il manoscritto. "Fare l'ümpole è costringerlo a fare qualcosa che non farebbe naturalmente".

Naturalmente, l'azoto è un maiale elettronico. In questo processo, i ricercatori hanno creato elementi in cui l'azoto non ha abbastanza elettroni, guidandolo nella direzione necessaria per questo processo.

"È facile farlo con il carbonio, "Ha detto Watson. "Fare in modo che l'azoto si comporti in questo modo in questi tipi di reazioni è la cosa nuova che stiamo cercando di capire come sfruttare".

Man mano che il lavoro procede, Watson si aspetta ancora più vantaggi.

"Questa chimica sarà molto scalabile, " ha detto. "E utilizza materiali prontamente disponibili."

Il team di Watson utilizza le strutture di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) di UD per osservare e analizzare la struttura molecolare dei materiali.

"Ci sono un milione di modi in cui puoi fare le cose, " Ha detto Watson. "Ma alcune risposte finiscono meglio di altre. Questo fornisce un modo più semplice per preparare le cose, con materiali di partenza più semplici e semplifica il modo in cui è possibile accedere a molecole più complesse".

Murray Johnston, decano associato del College of Arts and Sciences e professore di chimica, ha detto che è stato gratificante vedere Watson e il suo gruppo continuare a far progredire la scienza di Heck.

"Le basi gettate dal professor Heck continuano a prosperare all'UD, " ha detto Johnston. "In Don Watson e il suo gruppo, abbiamo una nuova generazione di ricercatori che stanno modificando questa chimica in modi intelligenti per creare molecole bioattive".

E questo potrebbe portare a enormi progressi.

"Ciò che ci sveglia tutti ogni giorno e ci motiva a fare ciò che facciamo è questo:ci sono molte esigenze mediche nel mondo, " Ha detto Watson. "Il nostro gruppo cerca di sviluppare strumenti in modo che i chimici medicinali che stanno sviluppando nuovi farmaci abbiano quegli strumenti per produrre i composti di cui hanno bisogno per curare le malattie".