In natura, le molecole organiche sono mancine o destrorse, ma sintetizzare molecole con una specifica "maneranza" in laboratorio è difficile da eseguire. Produci un farmaco o un enzima con la "manualità" sbagliata e semplicemente non funzionerà. Ora i chimici dell'Università della California, Davis, si stanno avvicinando a imitare l'efficienza chimica della natura attraverso la modellazione computazionale e la sperimentazione fisica.
In uno studio apparso il 10 gennaio su Nature , il professor Dean Tantillo, gli studenti laureati William DeSnoo e Croix Laconsay e colleghi del Max Planck Institute in Germania riferiscono di aver sintetizzato con successo molecole chirali specifiche ("con mano") utilizzando riarrangiamenti di idrocarburi semplici in presenza di catalizzatori organici complessi. La maggior parte dei composti biologici, inclusi molti farmaci da prescrizione, sono chirali.
Tantillo e colleghi sperano che i risultati consentano agli scienziati di sfruttare meglio gli idrocarburi per una varietà di scopi, come precursori di farmaci e materiali.
"La novità di questo articolo è che questa è davvero la prima volta, per quanto ne so, che qualcuno è riuscito a ottenere uno spostamento dei carbocationi che rende uno dei prodotti immagine speculare piuttosto che l'altro con elevata selettività", ha detto Tantillo. /P>
In chimica, la chiralità è una proprietà che si riferisce a una coppia di molecole che condividono la struttura atomica ma sono immagini speculari l'una dell'altra. Come le mani sinistra e destra, non possono essere sovrapposte.
"I chimici sintetici spesso vogliono creare molecole che abbiano forme speculari, ma ne vogliono solo una", ha detto Tantillo. "Ad esempio, se si vuole creare una molecola farmaceutica, spesso è necessario che una delle due forme chirali si leghi selettivamente a una proteina o a un enzima bersaglio."
Raggiungere questo obiettivo può essere difficile in un ambiente di laboratorio perché tali molecole, secondo Tantillo, sono spesso come "palline di grasso con una carica positiva spalmata attorno".
La natura grassa di queste molecole rende in genere difficile il legame da parte di un catalizzatore chimico in un orientamento rispetto a un altro a causa della mancanza di gruppi carichi a cui il catalizzatore può aggrapparsi.
Ma i ricercatori hanno trovato una soluzione. Utilizzando un acido organico chirale, l'imidodifosforimidato, come catalizzatore, il team ha eseguito con successo riarrangiamenti di alchenil cicloalcani achirali, producendo molecole chirali di interesse chiamate cicloalcheni. Utilizzando metodi computazionali, Tantillo e colleghi hanno dedotto come il catalizzatore produce selettivamente una forma chirale rispetto all'altra.
Tantillo ha affermato che la reazione risultante è simile al modo in cui si comportano in natura gli enzimi che producono prodotti idrocarburici chiamati terpeni. Parte della ricerca di Tantillo riguarda la mappatura dei percorsi di reazione dei terpeni utilizzando metodi quantomeccanici.
"Se ci sono più percorsi possibili verso un prodotto, ogni volta che ti fermi a un intermedio di quel percorso, hai la possibilità di ottenere sottoprodotti che provengono da quell'intermedio", ha affermato. "Quindi è importante sapere quando e perché un carbocatione vuole fermarsi nel percorso verso un dato terpene se si vuole comprendere e, in ultima analisi, riprogettare gli enzimi che formano i terpeni."
In linea di principio il nuovo metodo potrebbe essere sfruttato per produrre sia molecole naturali che molecole non naturali.
"Se queste cose verranno mai fatte è difficile da dire, ma il petrolio è una fonte di molti idrocarburi, e se potessi trasformarli cataliticamente in molecole con chiralità definita, aumenteresti il valore di quelle molecole", ha detto Tantillo .
Altri coautori sono:Vijay Wakchaure, Markus Leutzsch e Benjamin List, Max Planck Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr, Germania; e Nobuya Tsuji, Università di Hokkaido, Sapporo, Giappone.
Ulteriori informazioni: Vijay N. Wakchaure et al, Spostamenti cationici asimmetrici catalitici di idrocarburi alifatici, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06826-7
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito da UC Davis
