Le reazioni chimiche sono utilizzate per produrre tutti i tipi di molecole importanti come farmaci, agrofarmaci e materiali.

Per creare un farmaco con proprietà specifiche, abbastanza polare da dissolversi nell'ambiente acquoso dello stomaco e del sangue, ma abbastanza grasso da passare attraverso le cellule o attraversare la barriera emato-encefalica:i chimici di solito si scambiano i materiali di partenza.

Ora, uno studio dell'Università del Michigan ha dimostrato che è possibile alterare le proprietà delle molecole modificando invece le condizioni di reazione, potenzialmente semplificando il modo in cui vengono scoperti farmaci e altri composti utili. L'opera è pubblicata in Natura .

"Immagina una scatola di mattoncini Lego. Prendi due qualsiasi e cliccali insieme. Forse ne prendi uno rosso e uno blu, o uno nero e uno giallo. Ma se avessi solo due mattoncini Lego, puoi ancora cliccarli insieme in molti modi per ottenere forme diverse. Immagine facendo clic su due blocchi Lego insieme utilizzando due punti di appoggio, quattro punti, o un divoto. Ottieni forme diverse, " ha detto l'autore principale Tim Cernak, U-M assistente professore di chimica e chimica farmaceutica.

Il team di Cernak sta cercando di fare lo stesso con le molecole. Tipicamente, i chimici cercano atomi con proprietà specifiche per costruire molecole con i risultati desiderati. Anziché, il team di UM suggerisce di utilizzare diverse condizioni di reazione per creare molecole con forme e proprietà diverse.

"Mappando tutte le possibili reazioni, abbiamo scoperto che c'è un asse completamente nuovo da considerare quando si cambiano le proprietà di una molecola, " ha detto Cernak.

Il 25% delle reazioni utilizzate nella scoperta di farmaci riunisce un'ammina e un acido carbossilico per formare un legame ammidico. Questi legami si formano accoppiando il composto amminico basico con un acido carbossilico. Ora, il team di UM ha dimostrato che modificare il modo in cui sono collegati un'ammina e un acido carbossilico può portare a centinaia di altri modi per unire i due materiali di partenza, ciascuno produce una nuova molecola con proprietà diverse.

Ciò significa che variando il catalizzatore e il reagente che uniscono l'ammina e l'acido carbossilico, i chimici possono progettare le proprietà che il composto mostrerà. Il laboratorio di Cernak mostra che questo metodo può produrre molecole acide, di base, lipofili o idrofili, tutto partendo dagli stessi due materiali di partenza ma usando condizioni di reazione diverse.

"Se parliamo di prodotti farmaceutici, questi cambiamenti nelle proprietà potrebbero essere la differenza tra una molecola che si distribuisce al cervello e una molecola che va al fegato, " Ha detto Cernak. "Questo è esattamente ciò che fanno i cacciatori di droga:cambiano solo un po' gli atomi per modulare le proprietà delle molecole. Questo viene sempre fatto andando alla scatola Lego e afferrando diversi pezzi di Lego.

"E se potessi fare tutto questo con solo due pezzi di Lego semplicemente usando catalizzatori diversi per agganciarli insieme in modi diversi? Aggiunge una nuova dimensione all'esplorazione chimica dello spazio".

Per esempio, se decarbossili l'acido carbossilico invece di formare un legame ammidico, si forma un legame carbonio-azoto. Se rimuovi l'ammina, si forma un legame carbonio-ossigeno. Se si rimuove contemporaneamente l'ammina e si decarbossila l'acido carbossilico, puoi creare un legame carbonio-carbonio.

"Mostriamo che puoi accedere al carbonio-azoto, legami carbonio-ossigeno e carbonio-carbonio dagli stessi due materiali di partenza solo variando le condizioni di reazione, " Ha detto Cernak. "La scoperta che mi tiene sveglio la notte è che ci sono centinaia di altre reazioni che non abbiamo ancora realizzato. Ci sono così tante opportunità in queste centinaia di nuove reazioni che aspettano solo di essere inventate".

Lo studio fornisce anche un quadro computazionale per inventare nuove reazioni utilizzando una tecnica di screening della reazione rapida sviluppata da Cernak.

"Stiamo sviluppando un'interfaccia di sintesi chimica e scienza dei dati, " Egli ha detto.