Os químicos da NUS desenvolveram um método mais eficaz usando a divisão de água pesada para trocar átomos de hidrogênio em moléculas orgânicas com seus primos mais pesados ​​(deutério) para aplicações farmacêuticas.

Ao incorporar deutério (um isótopo pesado de hidrogênio) em moléculas de medicamentos, pode melhorar seu metabolismo enquanto retém os efeitos terapêuticos. Isso surgiu como uma estratégia viável para o desenvolvimento de medicamentos mais eficazes para a indústria farmacêutica. Nesse processo, átomos de hidrogênio selecionados nas moléculas da droga são trocados por átomos de deutério em um processo conhecido como deuteração. As ligações de carbono-deutério (C-D) resultantes, que são mais fortes (mais inertes) do que as ligações de carbono-hidrogênio (C-H), alteram a absorção, distribuição, e propriedades toxicológicas dos medicamentos. Isso é normalmente realizado usando o processo de troca de hidrogênio / deutério (H / D). O processo envolve altas temperaturas, reagentes ácidos / alcalinos e / ou catalisadores de metal nobre, e é realizado em vários ciclos. Contudo, tais condições de processamento podem causar a degradação das moléculas do fármaco e muitas reações colaterais indesejadas podem ocorrer devido à presença de vários grupos funcionais moleculares.

Uma equipe liderada pelo Prof LOH Kian Ping, do Departamento de Química, A NUS, em colaboração com a Universidade de Shenzhen, desenvolveu um método que pode controlar seletivamente a deuteração de moléculas orgânicas (que podem ser usadas para medicamentos) e operar sob condições de reação moderadas. Isso é obtido usando um semicondutor II-VI como catalisador para água pesada derramada fotoquimicamente (D2O). O D2O é composto pelo isótopo de hidrogênio deutério e é usado como fonte de átomos de deutério neste método. Ao contrário das abordagens convencionais que substituem o átomo de hidrogênio nas ligações C-H, este método utiliza as ligações carbono-halogênio (C-X) mais reativas presentes nas moléculas orgânicas para formar as ligações C-D. Neste novo método, a quantidade de átomos de deutério e sua localização de substituição dependem unicamente das ligações C-X disponíveis na molécula. Também permite que o deutério seja incorporado passo a passo para biomoléculas sensíveis.

Sr. CHEN Zhongxin, um Ph.D. aluno trabalhando neste projeto, disse, "Nanofolhas bidimensionais ultrafinas feitas de um semicondutor II-VI são submetidas a um pré-tratamento com ácido para" abrir "seus nanoporos para que se tornem mais porosos. Isso aumenta sua atividade fotocatalítica em até quatro vezes quando usadas para dividir a água pesada."

“O uso de água pesada como fonte de deutério é ideal porque não é combustível, relativamente baixo em custo e fácil de manusear. Este novo conceito de deuteração usando divisão de água pesada pode ser potencialmente aplicado a muitas outras reações catalíticas para desenvolver drogas deuteradas complexas e materiais avançados, "acrescentou o Prof Loh.

Este trabalho de pesquisa foi destacado por um artigo de perspectiva em Angewandte Chemie International Edition para explicar suas implicações mais profundas e significado para a comunidade química.