Credito:CC0 di pubblico dominio
Nonostante siano alcuni degli elementi costitutivi più versatili della chimica organica, i composti chiamati carbeni possono essere troppo caldi per essere maneggiati. In laboratorio, i chimici spesso evitano di usare queste molecole altamente reattive a causa della loro esplosività.
Eppure in un nuovo studio, pubblicato oggi sulla rivista Scienza , i ricercatori della Ohio State University riferiscono di un nuovo metodo più sicuro per trasformare queste molecole di breve durata e ad alta energia in molecole molto più stabili.
"I carbeni contengono un'incredibile quantità di energia", ha affermato David Nagib, coautore dello studio e professore di chimica e biochimica all'Ohio State. "Il valore è che possono fare chimica che tu non puoi fare in nessun altro modo."
In effetti, i membri del Nagib Lab sono specializzati nello sfruttare reagenti con un'energia chimica così elevata e hanno contribuito a inventare una moltitudine di nuove sostanze e tecniche che altrimenti sarebbero chimicamente irraggiungibili.
In questo studio, i ricercatori hanno sviluppato catalizzatori realizzati con metalli economici e abbondanti sulla Terra, come ferro, rame e cobalto, e li hanno combinati per facilitare il loro nuovo metodo di sfruttamento del carbene.
Sono stati in grado di utilizzare con successo questa nuova strategia per incanalare il potere dei carbeni reattivi per fabbricare molecole preziose su scala più ampia e molto più rapidamente rispetto ai metodi tradizionali. Nagib ha paragonato questo salto agli ingegneri che hanno scoperto come utilizzare l'acciaio per costruire grattacieli anziché mattoni e malta.
Ad esempio, una caratteristica molecolare che i chimici hanno faticato a creare è il ciclopropano, un piccolo anello teso di legami chimici contorti che si trova in alcuni medicinali. Più recentemente, il ciclopropano è stato utilizzato come ingrediente chiave nella pillola antivirale orale chiamata Paxlovid. Usata per trattare il COVID-19, la pillola riduce la gravità della malattia impedendo la replicazione del virus, piuttosto che uccidendolo del tutto.
Sebbene il ciclopropano necessario per fabbricare il farmaco sia stato difficile da creare in grandi quantità, Nagib ha affermato di ritenere che il nuovo metodo del suo laboratorio potrebbe essere applicato per creare il farmaco più rapidamente e su scala più ampia. "Il nostro nuovo metodo consentirà un migliore accesso a dozzine di tipi di ciclopropano da incorporare in tutti i tipi di medicinali per il trattamento delle malattie", ha affermato.
Sebbene la ricerca del team abbia potenziali applicazioni al di fuori del regno farmaceutico, come i prodotti chimici per l'agricoltura, Nagib ha affermato di essere più appassionato di come il loro strumento potrebbe accelerare la scoperta di nuovi farmaci mirati. "Potresti tecnicamente applicare i nostri metodi a qualsiasi cosa", ha detto. "Ma nel nostro laboratorio, siamo più interessati ad accedere a nuovi tipi di farmaci più potenti".
Nagib prevede che, utilizzando il processo sviluppato dal suo team, un reagente chimico che attualmente richiede 10 o 12 passaggi per essere realizzato (mediante sostanze intermedie esplosive) potrebbe essere eseguito in quattro o cinque, eliminando quasi il 75% del tempo necessario per la fabbricazione.
Nel complesso, Nagib ha detto che spera che questa ricerca aiuterà altri chimici a fare il loro lavoro.
"Ci sono molti grandi scienziati in tutto il mondo che fanno questo tipo di chimica e usando il nostro strumento potrebbero potenzialmente avere un laboratorio più sicuro", ha detto Nagib. "Il sapore della scienza che facciamo, la ricompensa più soddisfacente è quando altre persone usano i nostri metodi chimici per migliorare molecole importanti".
Altri coautori erano Lumin Zhang, un ex borsista post-dottorato, così come Bethany M. DeMuynck, Alyson N. Paneque e Joy E. Rutherford, tutti studenti laureati nel dipartimento di chimica e biochimica e membri del Nagib Lab. + Esplora ulteriormente
