Na corrida para criar medicamentos mais potentes e estáveis, os cientistas sabem que adicionar flúor pode melhorar as moléculas do medicamento.

Contudo, há apenas uma reação de fluoração conhecida por ocorrer na natureza. E esse processo é realizado por enzimas complexas e altamente especializadas que são difíceis de replicar. Agora, cientistas desenvolveram um novo, molécula aerodinâmica que pode fazer o trabalho de enzimas, mas ser projetada e controlada minuciosamente. Este novo catalisador transforma um ambiente seguro, sal de flúor acessível em moléculas orgânicas fluoradas. Além de produtos farmacêuticos aprimorados, moléculas fluoradas também podem atuar como "radiotraçadores" úteis em tecnologia de imagem médica 3-D de alta resolução, como a varredura PET (tomografia por emissão de pósitrons).

Robert Paton, um professor associado do Departamento de Química da Colorado State University, contribuiu para o novo estudo, que foi publicado esta semana em Ciência . O trabalho foi concebido e liderado pela Professora Véronique Gouverneur da Universidade de Oxford, com design e síntese fornecidos por Gabriele Pupo e Francesco Ibba no laboratório Gouverneur, e o modo de ação descoberto usando cálculos da mecânica quântica por David Ascough e Paton de Oxford.

"Este novo catalisador desempenha a mesma função que a enzima biológica, mas é uma fração do tamanho e é mais amplamente aplicável, "Paton disse. Além disso, o catalisador projetado pode ser usado para incorporar flúor em uma variedade de moléculas orgânicas, enquanto a enzima que ocorre naturalmente é limitada a apenas um alvo.

Projetando uma nova garra molecular

Os catalisadores aceleram as reações químicas, criando novos compostos a partir dos ingredientes originais. O catalisador que Paton e seus colegas desenvolveram é ajustado especificamente para integrar átomos de flúor em um novo produto orgânico. "Funciona como um jogo de arcade de garra, "Paton disse sobre o modo de ação do catalisador." Você está tentando escolher um brinquedo fofo entre muitos e segurá-lo com força. Num amplo sentido, é isso que nosso catalisador faz. Cercado por outros produtos químicos, ele se liga seletivamente a ânions de flúor usando três ligações de hidrogênio - efetivamente uma garra molecular - e então o posiciona para adicionar o substrato, "ou local de destino.

Com essas tarefas específicas, catalisadores são extremamente desafiadores para criar do zero. "Você está tentando construir uma molécula com uma função específica e uma forma tridimensional precisa, "Paton disse.

É aí que entra o trabalho de Paton. Seu laboratório é especializado em análise computacional e usa a mecânica quântica para prever a estrutura e o comportamento. Ao criar um novo catalisador, "o projeto auxiliado por computador permite que você visualize estruturas em escala atômica - da mesma forma que você projetaria um novo avião ou uma nova casa, "disse ele. No passado, ele adicionou, "a descoberta de novas moléculas funcionais se baseou fortemente em acaso e tentativa e erro. Combinamos computação com experimento para entender o mecanismo de como essa coisa funciona. E aplicamos isso desde o início para orientar nosso projeto experimental."

Essa abordagem permite que eles confiem menos em tentativas e erros demorados. Em vez de, "trata-se de minimizar o fracasso por meio de uma melhor compreensão de como as reações ocorrem, " ele disse.

Uma química mais verde

Paton ingressou no CSU College of Natural Sciences em janeiro, após seu cargo de professor associado na Oxford University no Reino Unido, onde o novo trabalho foi realizado. Ele traz sua pesquisa amplamente aplicável para o novo Edifício de Pesquisa Química.

Além do trabalho com flúor, sua pesquisa em geral também está ajudando a criar uma química "mais verde". A abordagem computacional reduz as tentativas de tentativa e erro. E melhorando a catálise com mais inteligente, moléculas personalizadas também reduzem o desperdício de produtos.

Novos catalisadores também podem ser usados ​​para gerar novos, produtos úteis a partir de resíduos. Por exemplo, compostos especificamente projetados podem transformar produtos vegetais descartados em produtos químicos úteis, como produtos de energia. É sobre "ser capaz de controlar a catálise para gerar os produtos que você deseja, "Paton disse. E esse trabalho pode algum dia estar por trás de um melhor produto farmacêutico ou combustível mais limpo - tudo graças a uma garra molecular mais eficiente.