Quando si tratta di reazioni chimiche, il fluoro ha la reputazione di "atomo proiettile magico" per la sua capacità di aumentare l'assorbimento di un farmaco e prolungarne la durata. Tuttavia, i metodi tradizionali per aggiungerlo ai composti richiedono materiali costosi e possono essere difficili da realizzare.
Gli scienziati della Rice University hanno sviluppato un processo affidabile ed economico per aggiungere fluoro alle molecole per aumentare l'efficienza dei farmaci utilizzando una reazione di ferro e zolfo. Secondo uno studio pubblicato su Nature Chemistry , la reazione attivata dalla luce può essere utilizzata sia per liberare il fluoro dagli acidi carbossilici sia per incorporarlo negli alcheni ⎯ elementi costitutivi comuni per prodotti farmaceutici e altri prodotti chimici. Il percorso chimico sviluppato dai ricercatori della Rice crea una nuova formula per una fluorurazione più semplice, economica ed efficace.
"Il segreto di molti farmaci importanti, dal Prozac al Lipitor, è un atomo chiamato fluoro", ha detto Julian West, il giovane investigatore Norman Hackerman-Welch e assistente professore di chimica. "Quando è attaccato alle molecole dei farmaci, questo piccolo atomo può far sì che i trattamenti agiscano più velocemente, più a lungo e con meno effetti collaterali. Ma è difficile attaccare il fluoro quando si producono farmaci. I processi esistenti spesso richiedono sostanze chimiche che sono molto costose, pericolosamente reattive e che non funzionano." non funziona molto bene."
Il gruppo di ricerca West si è chiesto se fosse possibile trovare un modo per aggiungere fluoro alle molecole attraverso un processo economico, efficiente e sicuro.
"Questa era un'idea grandiosa e campestre quando abbiamo avviato il nostro gruppo di ricerca nel 2019, ma eravamo abbastanza fiduciosi di poterlo fare dopo aver scoperto che il ferro e lo zolfo possono lavorare insieme per creare una sorta di reazione chiamata decarbossilazione ," ha detto West.
A differenza dei materiali di partenza dei metalli nobili utilizzati per sintetizzare molecole per una varietà di settori, elementi più comuni come il ferro e lo zolfo sono facilmente accessibili, economici e abbondanti in tutto il mondo. All'inizio di quest'anno, il gruppo di ricerca West ha scoperto che quando si illumina il ferro e lo zolfo, questi interagiscono come chiassosi avventori di bar che esplodono in una mischia con abbastanza energia per rompere le molecole di acido carbossilico, liberando atomi di fluoro da usare altrove.
"Gli acidi carbossilici sono ovunque; sono economici, disponibili e resistenti", ha detto West. "Il problema è che la loro stessa stabilità li rende difficili da scomporre in parti utili. Se il ferro e lo zolfo potessero decarbossilare questi materiali comuni, rendendo disponibili i loro atomi di fluoro, allora saremmo fuori dalle gare."
Una volta determinato come liberare il fluoro da questi composti stabili, i ricercatori hanno dovuto capire come ricollegarlo in modo efficace e sicuro. Yen-Chu Lu, ex dottorando della Rice, e lo studente laureato in chimica Kang-Jie (Harry) Bian hanno scoperto che gli acidi carbossilici fluorurati potevano reagire con gli alcheni, un'altra parte comune delle molecole dei farmaci.
"Gli alcheni sono più comunemente usati per aiutare a mettere insieme i farmaci perché possono essere trasformati in molte cose diverse, come una base su cui possono essere costruite parti più complesse", ha detto West. "Yen-Chu e Harry hanno determinato che la stessa combinazione di ferro e zolfo che ha rotto l'acido carbossilico potrebbe facilitare l'attacco del frammento di fluoro appena rivelato agli alcheni."
Non solo la nuova strategia è veloce, semplice e sicura, ma sembra anche applicabile in un'ampia varietà di usi.
"Se vuoi aggiungere un diverso pezzo di fluoro, inserisci semplicemente un diverso acido carbossilico", ha detto West.
Lu e Bian hanno lavorato con lo studente laureato della Rice Shih-Chieh Kao e gli studenti universitari Xiaowei Chen e David Nemoto Jr. per testare la strategia.
"Hanno davvero spinto questo approccio ai suoi limiti e non ne hanno ancora scoperto i confini", ha detto West. "Il team ha fatto un lavoro straordinario e sono molto fortunato ad avere colleghi così creativi nel nostro gruppo."
Ulteriori informazioni: Bian, K.J. et al, Idrofluoroalchilazione fotocatalitica di alcheni con acidi carbossilici, Chimica della Natura (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01365-0. www.nature.com/articles/s41557-023-01365-0
Informazioni sul giornale: Chimica della Natura
Fornito dalla Rice University
