Uno degli obiettivi principali della chimica organica e medicinale negli ultimi decenni è stata la rapida sintesi di molecole tridimensionali per lo sviluppo di nuovi farmaci. Questi farmaci candidati presentano una varietà di proprietà migliorate rispetto alle strutture molecolari prevalentemente piatte, che si riflettono negli studi clinici da una maggiore efficacia e tassi di successo. Però, potevano essere prodotti solo con grandi spese o per niente usando metodi precedenti. Chimici guidati dal Prof. Frank Glorius (Università di Münster, Germania) e i suoi colleghi Prof. M. Kevin Brown (Indiana University Bloomington) e Prof. Kendall N. Houk (University of California, Los Angeles) sono ora riusciti a convertire diverse classi di molecole piatte contenenti azoto nelle strutture tridimensionali desiderate. Utilizzando più di 100 nuovi esempi, sono stati in grado di dimostrare l'ampia applicabilità del processo. Questo studio sarà pubblicato da Scienza di venerdì, 26 marzo 2021.

Il trasferimento di energia mediato dalla luce supera la barriera energetica

Uno dei metodi più efficienti per sintetizzare architetture tridimensionali prevede l'aggiunta di una molecola all'altra, nota come cicloaddizione. In questo processo, tra le molecole si formano due nuovi legami e un nuovo anello. Per i sistemi aromatici, ad es. composti ad anello piatti e particolarmente stabili:questa reazione non era fattibile con i metodi precedenti. La barriera energetica che inibisce tale cicloaddizione non può essere superata nemmeno con l'applicazione del calore. Per questa ragione, gli autori del " Scienza " L'articolo ha esplorato la possibilità di superare questa barriera attraverso il trasferimento di energia mediato dalla luce.

"Il motivo di utilizzare l'energia della luce per costruire più complesso, strutture chimiche si trovano anche in natura, " spiega Frank Glorius. "Proprio come le piante usano la luce nella fotosintesi per sintetizzare le molecole di zucchero dai semplici elementi costitutivi anidride carbonica e acqua, usiamo il trasferimento di energia mediato dalla luce per produrre complessi, molecole bersaglio tridimensionali da strutture di base piatte".

Nuovi farmaci candidati per applicazioni farmaceutiche?

Gli scienziati indicano le "enormi possibilità" del metodo. Il romanzo, motivi strutturali non convenzionali presentati dal team nel " Scienza " la carta amplierà notevolmente la gamma di molecole che i chimici medicinali possono prendere in considerazione nella ricerca di nuovi farmaci:ad esempio, elementi costitutivi di base contenenti azoto e altamente rilevanti per i prodotti farmaceutici, come le chinoline, isochinoline e chinazoline, poco utilizzati per problemi di selettività e reattività. Attraverso il trasferimento di energia mediato dalla luce, ora possono essere accoppiati con un'ampia gamma di alcheni strutturalmente diversi per ottenere nuovi farmaci candidati tridimensionali o la loro spina dorsale. I chimici hanno anche dimostrato una serie di trasformazioni innovative per l'ulteriore elaborazione di queste ossa dorsali sintetizzate, utilizzando la loro esperienza per aprire la strada alle applicazioni farmaceutiche. La grande praticità del metodo e la disponibilità dei materiali di partenza necessari sono fondamentali per l'utilizzo futuro della tecnologia:le molecole utilizzate sono disponibili in commercio a basso costo o di facile produzione.

"Speriamo che questa scoperta fornisca nuovo impulso allo sviluppo di nuovi agenti medici e venga anche applicata e ulteriormente studiata in modo interdisciplinare, " spiega Jiajia Ma. Kevin Brown aggiunge:"La nostra scoperta scientifica può anche acquisire un grande significato nella scoperta di agenti per la protezione delle colture e oltre".

Sinergia di chimica sperimentale e computazionale

Un'altra particolarità dello studio:gli scienziati hanno chiarito il meccanismo di reazione e l'esatta struttura delle molecole prodotte per la prima volta non solo analiticamente e sperimentalmente in dettaglio, ma anche tramite la chimica computazionale:Kendall Houk e Shuming Chen hanno condotto una modellazione computerizzata dettagliata della reazione. Sono stati in grado di mostrare come funzionano queste reazioni e perché si verificano in modo molto selettivo.

"Questo studio è un ottimo esempio della sinergia tra chimica teorica sperimentale e computazionale, "dice Shuming Chen, ora professore all'Oberlin College in Ohio.

"La nostra dettagliata delucidazione meccanicistica e la comprensione dei concetti di reattività consentiranno agli scienziati di sviluppare metodi complementari e di utilizzare ciò che abbiamo appreso per progettare percorsi sintetici più efficienti in futuro, " aggiunge Kendall Houk.

La storia dietro la pubblicazione

Utilizzando il metodo del trasferimento di energia mediato dalla luce, sia Jiajia Ma/Frank Glorius (Università di Münster) che Renyu Guo/Kevin Brown (Università dell'Indiana) hanno avuto successo, indipendentemente. Attraverso collaborazioni con Kendall Houk e Shuming Chen alla UCLA, entrambi i gruppi di ricerca hanno appreso della scoperta reciproca. I tre gruppi hanno deciso di sviluppare ulteriormente le loro scoperte insieme per condividere quanto prima la loro scoperta con la comunità scientifica e per fornire ai chimici farmaceutici questa tecnologia per sviluppare nuovi farmaci.