Químicos da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) desenvolveram um catalisador orgânico que pode conduzir reações usando piruvato – uma biomolécula chave em muitas vias metabólicas – que são difíceis e complicadas de alcançar usando técnicas industriais convencionais.
A pesquisa, recentemente publicada em Organic Letters , é um passo importante para simplificar o processo de produção e aumentar a gama de moléculas que podem ser construídas a partir de piruvato, como aminoácidos ou ácidos glicólicos, que são usados ​​em esforços de descoberta de medicamentos e medicamentos.

"Catalisadores, substâncias que controlam e aceleram reações químicas sem serem incluídas nos produtos finais, são ferramentas cruciais para os químicos", disse Santanu Mondal, Ph.D. candidato na Unidade de Química e Bioengenharia Química no OIST e primeiro autor do estudo. “E os catalisadores orgânicos, em particular, devem revolucionar a indústria e tornar a química mais sustentável”.

Atualmente, catalisadores metálicos são usados ​​na indústria, que muitas vezes são caros para obter e produzir resíduos perigosos. Catalisadores de metal também reagem facilmente com ar e água, tornando-os difíceis de armazenar e manusear. Mas os catalisadores orgânicos são formados a partir de elementos comuns, como carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, por isso são muito mais baratos, seguros e ecológicos.

"Além dessas vantagens, nosso sistema de catalisador orgânico recém-desenvolvido também promove reações usando piruvato que não são facilmente alcançáveis ​​usando catalisadores metálicos", acrescentou Santanu.

Em todas as reações químicas, explicou ele, as moléculas podem reagir liberando elétrons ou recebendo-os. O piruvato é muito melhor em receber elétrons quando reage e normalmente é usado dessa maneira na indústria, para produzir álcoois orgânicos e solventes. Mas dentro de nossos corpos, catalisadores de proteínas chamados enzimas podem conduzir reações nas quais o piruvato doa elétrons para produzir moléculas como ácidos graxos e aminoácidos.

Inspirando-se nessas enzimas, os pesquisadores projetaram um sistema catalítico feito de duas pequenas moléculas orgânicas, um ácido e uma amina, que força o piruvato a agir como doador de elétrons.

Na reação, a amina se liga ao piruvato, formando uma molécula intermediária. O ácido então cobre parte da molécula intermediária, deixando outra parte, que pode doar elétrons, livre para reagir e formar um novo produto.

É importante ressaltar que o sistema de catalisador é altamente seletivo sobre qual forma do produto ele produzirá. Como nossas mãos, muitas biomoléculas são assimétricas e podem existir em duas formas que são imagens espelhadas uma da outra. Essas moléculas parecem semelhantes, mas muitas vezes têm propriedades diferentes.

"Catalisadores orgânicos podem ser projetados de forma que, ao final da reação, apenas uma dessas formas de imagem espelhada seja feita", disse Santanu. "Isso é particularmente benéfico na indústria farmacêutica, onde uma das formas pode ser um tratamento eficaz, mas a outra forma pode ser tóxica".

Para as reações de piruvato, os pesquisadores foram capazes de escolher seletivamente qual das duas formas de imagem espelhada do produto final fazer, alterando qual forma de imagem espelhada da amina foi usada para catalisar a reação.

Atualmente, o sistema de catalisador orgânico só funciona ao reagir o piruvato com uma classe específica de molécula orgânica, chamadas iminas cíclicas. Mas, em última análise, a equipe de pesquisa sonha em criar um catalisador de próxima geração para o piruvato que seja universal, o que significa que pode acelerar as reações entre o piruvato e uma ampla gama de moléculas orgânicas.

"Com um catalisador universal, os químicos seriam capazes de fazer facilmente uma série de vários produtos a partir do piruvato, em ambas as formas espelhadas", disse Santanu. "Isso teria muitos impactos significativos na sociedade, como acelerar o desenvolvimento de novas drogas". + Explorar mais

Moldando os catalisadores do futuro