Ispirato dal tuo fegato e attivato dalla luce, un processo chimico sviluppato nei laboratori della Rice University e in Cina promette bene per la progettazione di farmaci e lo sviluppo di materiali unici.

I ricercatori guidati dal chimico della Rice Julian West e Xi-Sheng Wang presso l'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, Hefei, stanno segnalando il loro processo catalitico di successo per aggiungere contemporaneamente due distinti gruppi funzionali a singoli alcheni, molecole organiche estratte da prodotti petrolchimici che contengono almeno un doppio legame carbonio-carbonio combinato con atomi di idrogeno.

Meglio ancora, dicono, è che questi alcheni sono "non attivati" - cioè mancano di atomi reattivi vicino al doppio legame - e fino ad ora si sono rivelati difficili da potenziare.

Il percorso chimico dettagliato nel Journal of the American Chemical Society potrebbe semplificare la creazione di una libreria di precursori per l'industria farmaceutica e migliorare la produzione di polimeri.

West, il cui laboratorio progetta processi di chimica sintetica, ha affermato che l'ispirazione iniziale è venuta da un enzima, il citocromo P450, che il fegato utilizza per eliminare le molecole potenzialmente dannose.

"Questi enzimi sono una specie di seghe circolari che macinano le molecole prima che possano metterti nei guai", ha detto. "Lo fanno attraverso un meccanismo interessante chiamato rimbalzo radicale."

West ha affermato che P450 trova legami carbonio-idrogeno e rimuove l'idrogeno, lasciando un radicale centrato sul carbonio che include un elettrone spaiato.

"Quell'elettrone vuole davvero trovare un partner, quindi il P450 restituirà immediatamente un atomo di ossigeno (il 'rimbalzo'), ossidando la molecola", ha detto. "Nel corpo, questo aiuta a disattivare queste molecole in modo da poterle liberare.

"Questo tipo di rimbalzo è potente", ha detto West. "E Harry (l'autore principale Kang-Jie Bian, uno studente laureato alla Rice) si è chiesto se potessimo fare qualcosa del genere per trasferire frammenti diversi su quel radicale".

La loro soluzione era consentire quello che chiamano trasferimento di ligando radicale, un metodo generale che utilizza il manganese per catalizzare il "rimbalzo radicale".

West ha detto che mentre P450 usa l'elemento vicino, il ferro, per catalizzare la reazione biologica, esperimenti precedenti al laboratorio Rice e altrove hanno mostrato che il manganese aveva un potenziale.

"Il manganese ha aiutato il processo a essere più selettivo e un po' più attivo, oltre che molto più economico e semplice", ha spiegato. "Può trasferire un mucchio di atomi diversi, come cloro, azoto e zolfo, semplicemente cambiando l'ingrediente commerciale che aggiungi alla reazione."

Quella reazione ha rappresentato una funzionalizzazione. Perché non andare per due?

West ha detto che anche Bian ha avuto l'idea di aggiungere un fotocatalizzatore al mix. "Quando fai luce su di esso, si eccita e puoi fare cose che sarebbero impossibili allo stato fondamentale, come attivare piccole molecole di fluorocarbon per creare frammenti radicali che hanno legami carbonio-fluoro, che sono importanti per la scienza farmaceutica e dei materiali, " Egli ha detto. "Ora possiamo collegarli alla nostra molecola di interesse."

Il risultato finale è un processo delicato e modulare per aggiungere due gruppi funzionali a un singolo alchene in un solo passaggio.

"Prima abbiamo il doppio legame carbonio-carbonio di una molecola di interesse, l'alchene", ha detto West, riassumendo. "Poi aggiungiamo questo prezioso fluorocarbon, e poi il catalizzatore di manganese nuota e trasferisce questo ligando radicale per aggiungere un atomo di cloro, azoto o zolfo".

Ha notato che la collaborazione tra la Rice e il laboratorio di Wang è stata un risultato naturale del trasferimento di Bian alla Rice da Hefei, dove ha conseguito il master. "Ci siamo davvero concentrati sull'aspetto manganese di questo lavoro e il gruppo di Wang ha portato non solo esperienza nella fotocatalisi, ma ha anche sviluppato e testato frammenti di carbonio-fluoro e ha dimostrato che avrebbero funzionato molto bene in questo sistema", ha affermato West.

Ha affermato che, insieme alle scienze farmaceutiche e dei materiali, anche la biologia chimica potrebbe trarre vantaggio dal processo, soprattutto per la sua affinità con pClick, un metodo scoperto dal chimico della Rice Han Xiao per legare farmaci o altre sostanze agli anticorpi.

I coautori sono David Nemoto Jr., studente universitario della Rice, Shih-Chieh Kao, studente laureato alla Rice, e Yan He e Yan Li di Hefei. Wang è un professore a Hefei. West è il giovane investigatore Norman Hackerman-Welch e un assistente professore di chimica. + Esplora ulteriormente

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