Nelle nuove scoperte, pubblicate su Science il 5 aprile 2024, i chimici di Scripps Research mostrano che è possibile convertire le sostanze chimiche come materia prima in carboni quaternari utilizzando un unico catalizzatore di ferro poco costoso. Questo metodo potrebbe avvantaggiare gli sviluppatori di farmaci rendendo le molecole più economiche e più facili da produrre su piccola e larga scala.

"I carboni quaternari sono onnipresenti in varie aree di ricerca, dalla scoperta di farmaci alla scienza dei materiali", afferma il co-primo autore Nathan Dao, Ph.D. candidato alla Scripps Research. "La sintesi dei carboni quaternari, tuttavia, è una sfida di lunga data nel campo della chimica organica, che in genere richiede numerosi passaggi e fa affidamento su condizioni difficili o su materiali di partenza meno accessibili."

Oltre a Dao, i primi coautori dello studio includevano Xu-Cheng Gan e Benxiang Zhang.

I catalizzatori sono sostanze utilizzate per accelerare la velocità di una reazione chimica. A volte sono necessari più catalizzatori diversi per promuovere una determinata reazione e ottenere il risultato desiderato:una vera e propria "zuppa di reazione". Ma i catalizzatori possono essere molto costosi e non sempre reagiscono come previsto, e più catalizzatori vengono utilizzati, più rifiuti vengono prodotti. Ma gli scienziati della Scripps Research hanno stabilito che un singolo catalizzatore potrebbe svolgere molteplici ruoli cruciali.

"Una reazione chimica difficile spesso richiede molti componenti interagenti", secondo il co-autore senior, Ryan Shenvi, Ph.D., professore presso il Dipartimento di Chimica della Scripps Research. "Un vantaggio di questo lavoro è che è incredibilmente semplice."

Il team ha identificato condizioni semplici per convertire gli acidi carbossilici e le olefine, due classi principali di materie prime chimiche – o materie prime che alimentano una macchina o un processo industriale – in carboni quaternari utilizzando un catalizzatore poco costoso a base di ferro. Inoltre, queste materie prime chimiche non solo sono abbondanti, ma sono anche a basso costo.

"Reazioni simili hanno preso piede ultimamente, quindi questa scoperta era inevitabile", spiega Shenvi. "I pezzi erano già nella letteratura, ma nessuno li aveva messi insieme prima."

Nel complesso, lo studio, che è stato condotto in collaborazione con il laboratorio del coautore senior Phil Baran, Ph.D., titolare della cattedra del Dr. Richard A. Lerner presso il Dipartimento di Chimica della Scripps Research, evidenzia il ruolo attuale della chimica nello sviluppo della tecnologia moderna e dei prodotti farmaceutici.

"Questo lavoro è un'altra straordinaria dimostrazione del potere dell'atmosfera collaborativa della Scripps Research nel portare alla luce nuove trasformazioni che possono avere un impatto drammatico sulla semplificazione della pratica della sintesi organica", aggiunge Baran.

Oltre a Gan, Zhang, Dao, Baran e Shenvi, autori dello studio, "Quaternizzazione del carbonio di esteri attivi redox e olefine mediante accoppiamento decarbossilativo" sono Cheng Bi, Maithili Pokle, Liyan Kan e Yu Kawamata di Scripps Research; Michael R. Collins della Pfizer Pharmaceuticals; Chet C. Tyrol di Pfizer Medicine Design; e Philippe N. Bolduc e Michael Nicastri di Biogen Inc.