Uma imagem do terc-butano, o carbono quaternário mais simples. Crédito:Scripps Research O ingrediente ativo de muitos medicamentos é conhecido como uma molécula pequena:maior que a água, muito menor que um anticorpo e feita principalmente de carbono. No entanto, é difícil produzir estas moléculas se elas exigirem um carbono quaternário – um átomo de carbono ligado a quatro outros átomos de carbono. Mas agora, os cientistas da Scripps Research descobriram uma maneira potencialmente econômica de produzir esses motivos complicados.
Nas novas descobertas, publicadas na Science em 5 de abril de 2024, os químicos da Scripps Research mostram que é possível converter matérias-primas químicas em carbonos quaternários usando um único catalisador de ferro barato. Este método poderia beneficiar os desenvolvedores de medicamentos, tornando as moléculas mais baratas e mais fáceis de produzir em pequenas e grandes escalas.
“Os carbonos quaternários são onipresentes em várias áreas de pesquisa – desde a descoberta de medicamentos até a ciência dos materiais”, diz o co-autor Nathan Dao, Ph.D. candidato na Scripps Research. "A síntese de carbonos quaternários, no entanto, é um desafio de longa data no campo da química orgânica, normalmente exigindo inúmeras etapas e dependendo de condições adversas ou de materiais de partida menos acessíveis."
Além de Dao, os co-autores do estudo incluíram Xu-Cheng Gan e Benxiang Zhang.
Catalisadores são substâncias usadas para acelerar a velocidade de uma reação química. Às vezes, são necessários vários catalisadores diferentes para promover uma determinada reação e obter o resultado desejado:uma verdadeira ‘sopa de reações’. Mas os catalisadores podem ser muito caros e nem sempre reagem como pretendido – e quanto mais catalisadores são utilizados, mais resíduos são produzidos. Mas os cientistas da Scripps Research determinaram que um único catalisador poderia desempenhar múltiplas funções cruciais.
"Uma reação química difícil geralmente requer muitos componentes interativos", de acordo com o co-autor sênior, Ryan Shenvi, Ph.D., professor do Departamento de Química da Scripps Research. "Um benefício deste trabalho é que ele é incrivelmente simples."
A equipe identificou condições simples para converter ácidos carboxílicos e olefinas, duas classes principais de matérias-primas químicas – ou matérias-primas que alimentam uma máquina ou processo industrial – em carbonos quaternários, usando um catalisador barato à base de ferro. Além disso, essas matérias-primas químicas não são apenas abundantes, mas também de baixo custo.
“Reações semelhantes têm ganhado força ultimamente, então essa descoberta era inevitável”, explica Shenvi. “As peças já estavam na literatura, mas ninguém as havia montado antes.”
No geral, o estudo, que foi feito em colaboração com o laboratório do coautor sênior Phil Baran, Ph.D., Dr. Richard A. Lerner Endowed Chair no Departamento de Química da Scripps Research, destaca o papel contínuo da química no desenvolvimento de tecnologia moderna e produtos farmacêuticos.
“Este trabalho é mais uma demonstração impressionante do poder da atmosfera colaborativa na Scripps Research para descobrir novas transformações que podem ter um impacto dramático na simplificação da prática da síntese orgânica”, acrescenta Baran.
Além de Gan, Zhang, Dao, Baran e Shenvi, os autores do estudo, "Quaternização de carbono de ésteres e olefinas redox ativos por acoplamento descarboxilativo" são Cheng Bi, Maithili Pokle, Liyan Kan e Yu Kawamata da Scripps Research; Michael R. Collins, da Pfizer Farmacêutica; Chet C. Tyrol da Pfizer Medicine Design; e Philippe N. Bolduc e Michael Nicastri da Biogen Inc.
