Un team di chimici dell'Università di Vienna, guidato da Nuno Maulide, ha ottenuto un risultato significativo nel campo della sintesi chimica, sviluppando un nuovo metodo per manipolare i legami carbonio-idrogeno. Questa scoperta fornisce nuove informazioni sulle interazioni molecolari degli atomi di carbonio caricati positivamente.
Prendendo di mira selettivamente uno specifico legame C–H, aprono le porte a percorsi sintetici precedentemente chiusi, con potenziali applicazioni in medicina. Lo studio è pubblicato su Science .
Gli organismi viventi, compreso l'uomo, devono la loro complessità principalmente a molecole costituite principalmente da carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno. Questi elementi costitutivi costituiscono la base di innumerevoli sostanze essenziali per la vita quotidiana, compresi i farmaci. Quando i chimici si imbarcano nella sintesi di un nuovo farmaco, manipolano le molecole attraverso una serie di reazioni chimiche per creare composti con proprietà e strutture uniche.
Questo processo comporta la rottura e la formazione di legami tra gli atomi. Alcuni legami, come quelli tra carbonio e idrogeno (legami C–H), sono particolarmente forti e richiedono una notevole energia per rompersi, mentre altri possono essere modificati più facilmente. Mentre un composto organico contiene tipicamente dozzine di legami C–H, i chimici tradizionalmente dovevano ricorrere alla manipolazione di altri legami più deboli. Tali legami sono molto meno comuni e spesso devono essere introdotti in fasi sintetiche aggiuntive, rendendo tali approcci costosi; pertanto, si ricercano metodi sintetici più efficienti e sostenibili.
Attivazione C–H come nuovo approccio
Il concetto di attivazione C–H è un approccio rivoluzionario che consente la manipolazione diretta di forti legami C–H. Questa svolta non solo migliora l'efficienza dei processi di sintesi, ma spesso può anche ridurne l'impatto ambientale e fornire percorsi più sostenibili per la scoperta di farmaci.
Una sfida chiave è la manipolazione precisa di uno specifico legame C–H all’interno di una molecola contenente molti legami C–H diversi. Questo ostacolo, noto come "problema della selettività", spesso ostacola l'applicazione più ampia delle reazioni di attivazione C–H consolidate.
I ricercatori dell’Università di Vienna guidati da Maulide hanno ora sviluppato una nuova reazione di attivazione C–H che affronta il problema della selettività e consente la sintesi di molecole complesse a base di carbonio. Prendendo di mira selettivamente uno specifico legame C–H con notevole precisione, aprono le porte a percorsi sintetici precedentemente chiusi.
Il gruppo Maulide si concentra sui cosiddetti "carbocationi" (cioè molecole contenenti un atomo di carbonio caricato positivamente) come intermedi chiave. "Tradizionalmente, i carbocationi reagiscono eliminando un atomo di idrogeno adiacente all'atomo di carbonio, formando un doppio legame carbonio-carbonio nel prodotto", spiega Maulide.
"I prodotti con doppi legami, chiamati alcheni, possono essere estremamente utili. Tuttavia, a volte si desidera un legame singolo invece di un doppio legame."
"Abbiamo scoperto che in alcuni casi la reattività può prendere una nuova direzione. Ciò porta a un fenomeno chiamato 'eliminazione remota', che porta alla formazione di un nuovo legame singolo carbonio-carbonio, un fenomeno che non è mai stato studiato prima." spiegano Phillip Grant e Milos Vavrík, primi autori dello studio.
I ricercatori hanno dimostrato questa nuova reattività sintetizzando le decaline, un elemento fondamentale per molti prodotti farmaceutici.
"Le decaline sono una classe di molecole cicliche a base di carbonio presenti in molti composti biologicamente attivi. Ora possiamo produrre queste molecole in modo molto più efficiente, contribuendo potenzialmente allo sviluppo di farmaci nuovi e più efficaci", conclude Maulide.
Ulteriori informazioni: Phillip S. Grant et al, Eliminazione remota dei protoni:attivazione C–H consentita dall'acidificazione distale, Scienza (2024). DOI:10.1126/science.adi8997. www.science.org/doi/10.1126/science.adi8997
Informazioni sul giornale: Scienza
Fornito dall'Università di Vienna
