Storicamente, uno dei modi principali in cui i chimici organici hanno esplorato e creato composti è stato costruendo uno scheletro di carbonio e apportando modifiche alla sua struttura. Ma invece di costruire uno scheletro di carbonio da zero per creare nuovi composti, gli scienziati dell'UChicago hanno sviluppato un nuovo metodo in cui possono inserire atomi all'interno di una struttura di carbonio già esistente.
L'innovazione arriva da un articolo recentemente pubblicato su Science , di Rui Zhang, uno studente laureato del quinto anno del Guangbin Dong Lab. Zhang, con l'assistenza dello studente universitario Tingting Yu, ha sviluppato una nuova strategia "gancio e scorrimento" che promette di ottimizzare la chimica medicinale.
"Potrebbe portare a un rapido accesso a diversi farmaci candidati e quindi a un notevole risparmio di tempo nel processo di scoperta del farmaco", ha affermato Zhang.
Nel maggio del 2021, Zhang ha iniziato a lavorare su un problema legato al modo in cui gli scienziati creano nuove molecole.
Modificando la struttura delle molecole in modo sistematico, gli scienziati possono esplorare come questi cambiamenti influenzano le proprietà delle sostanze con cui stanno lavorando, fornendo uno strumento utile per adattare le molecole alle esigenze specifiche in varie applicazioni. Ciò è particolarmente rilevante in campi come lo sviluppo di farmaci, dove l'identificazione di nuovi lead può potenzialmente salvare vite umane.
Nello specifico, Zhang voleva realizzare con successo il processo di omologazione con le ammidi, una difficoltà che aveva preoccupato il settore e che doveva ancora essere risolta.
L'omologazione è una delle strategie più importanti per la modificazione molecolare.
Nell'omologazione, gli scienziati costruiscono una famiglia di molecole correlate in cui ciascun membro ha una struttura più lunga del precedente. Una volta identificati, aggiungono quindi elementi costitutivi specifici, spesso chiamati gruppi metilenici. Per quanto efficiente sia questo processo, per anni, quando i ricercatori hanno cercato di omologare le ammidi, un composto presente nelle proteine e nei polimeri formidabili come la plastica, hanno incontrato resistenza e difficoltà. Rispetto ad altri gruppi funzionali, le ammidi si sono rivelate difficili perché sono laconicamente inerti, il che le rende difficili da attivare e quindi manipolare.
Ispirato dalla sfida tecnica, Zhang non si accontentava semplicemente di superare la difficoltà, ma di trovare nuovi modi per farlo bene.
"Non esistono metodi esistenti per omologare le ammidi", ha affermato il professor Guangbin Dong, anch'egli autore dello studio. "Il nostro obiettivo era fornire un'omologazione regolabile in modo da poter inserire un'unità in carbonio di quasi qualsiasi lunghezza."
Laddove i metodi precedenti non riuscivano a ottenere i risultati desiderati, Zhang è stato in grado di completare il processo e anche di più.
Con quella che Dong descrive come una "strategia gancio e scivolo", hanno trovato la chiave non solo per attivare il legame, ma per rendere sintonizzabile il processo di omologazione.
Una volta definito il metodo di attivazione, Zhang ha trascorso altri due anni ad affinare il progetto, esaminando condizioni diverse e trovando modi più efficienti per attivare e creare legami.
Con la pubblicazione su Science , ora sente che il suo lavoro ha finalmente dato i suoi frutti.
"Abbiamo acquisito nuove conoscenze su come rompere questo legame carbonio-carbonio molto inerte e speriamo che questo possa ispirare il campo a indagare maggiormente su questa attivazione di questo legame chimico inerte", ha detto Zhang. "Speriamo che questo dica alla comunità che se si progetta bene la strategia e questa ha un ottimo catalizzatore, anche un legame inerte può essere manipolato."
Ulteriori informazioni: Rui Zhang et al, Il rodio ha catalizzato l'omologazione dell'ammide sintonizzabile attraverso una strategia "gancio e scorrimento", Scienza (2023). DOI:10.1126/science.adk1001
Informazioni sul giornale: Scienza
Fornito dall'Università di Chicago
