Moléculas que são induzidas pela luz a girar grupos volumosos em torno de ligações centrais poderiam ser desenvolvidas em sistemas bioativos fotoativados, interruptores moleculares e muito mais.



Pesquisadores da Universidade de Hokkaido, liderados pelo professor assistente Akira Katsuyama e pelo professor Satoshi Ichikawa da Faculdade de Ciências Farmacêuticas, ampliaram o kit de ferramentas da química sintética criando uma nova categoria de moléculas que podem ser induzidas a sofrer uma rotação interna na interação com a luz. Acredita-se que processos semelhantes sejam importantes em alguns sistemas biológicos naturais.

Versões sintéticas podem ser exploradas para desempenhar funções de comutação fotoquímica em computação molecular e tecnologias de detecção ou em moléculas bioativas, incluindo drogas. O relatório deles está pendente em Nature Chemistry .

“Conseguir um sistema como o nosso tem sido um desafio significativo em fotoquímica”, diz Katsuyama. "O trabalho dá uma contribuição importante para um campo emergente na manipulação molecular."

Os insights sobre as possibilidades da luz alterar significativamente as conformações moleculares vieram do exame de algumas proteínas naturais. Estes incluem as moléculas de rodopsina na retina do olho, que desempenham um papel crucial na conversão da luz em sinais eléctricos que criam o nosso sentido de visão no cérebro. Estão surgindo detalhes sobre como a absorção da energia luminosa pode induzir um rearranjo torcido de parte da molécula de rodopsina necessária para que ela desempenhe sua função biológica.

“Imitar isso em sistemas sintéticos pode criar interruptores de nível molecular com uma variedade de aplicações potenciais”, explica Katsuyama.

Uma inovação importante da equipe de Hokkaido foi conseguir rotação foto-induzida (isto é, impulsionada pela luz) de grupos moleculares em torno de uma série de ligações químicas que incorporam um átomo de nitrogênio junto com outros átomos de carbono ligados.

As propriedades rotacionais foram possibilitadas pela adição de componentes moleculares que continham um átomo do grupo de elementos 'chalcogênio' da tabela periódica, especificamente enxofre ou selênio, a uma molécula orgânica simples:um composto de amida. Isso trouxe um novo nível de controle e versatilidade aos sistemas rotacionais foto-induzidos sintéticos.

Alguns dos grupos químicos que giram em torno das ligações centrais eram relativamente grandes, baseados em anéis de seis átomos de carbono ligados. Isto facilitou as mudanças moleculares em larga escala que podem ser necessárias para uso prático em sistemas de comutação molecular.

Além de demonstrar as mudanças foto-induzidas, a equipe também realizou cálculos teóricos que forneceram insights sobre os prováveis ​​mecanismos pelos quais os rearranjos ocorreram. A equipe também explorou os efeitos da temperatura nas transformações. A combinação de trabalho teórico e experimental deverá ajudar a orientar futuras pesquisas no sentido de explorar e controlar modificações nos sistemas já alcançados.

“Nossa próxima prioridade de pesquisa está focada no potencial de nossos métodos para produzir novas moléculas bioativas ativadas pela luz. Elas poderiam ser aplicadas em pesquisas biológicas ou possivelmente desenvolvidas como medicamentos”, conclui Ichikawa.

Usar a luz para ativar as mudanças conformacionais permite controlar onde e quando as mudanças ocorrem. Isto poderia ser vital para aplicações precisamente direcionadas em sistemas biológicos, incluindo eventuais possibilidades terapêuticas.

Uma versão do estudo está disponível na revista ChemRxiv servidor de pré-impressão.

Mais informações: Shotaro Nagami et al, Rotação dupla combinada fotoinduzida de ligação única de um sistema contendo nitrogênio realizada por substituição de calcogênio, ChemRxiv (2022). DOI:10.26434/chemrxiv-2022-4hq5r
Shotaro Nagami et al, Rotação de ligação dupla fotoinduzida de um sistema contendo nitrogênio realizado por substituição de calcogênio, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01461-9, www.nature.com/articles/s41557-024-01461-9

Informações do diário: Química da Natureza

Fornecido pela Universidade de Hokkaido