Na natureza, as moléculas orgânicas são canhotas ou destras, mas é difícil sintetizar moléculas com uma "lateralidade" específica em um laboratório. Faça um medicamento ou enzima com a “lateralidade” errada e simplesmente não funcionará. Agora, os químicos da Universidade da Califórnia, em Davis, estão cada vez mais perto de imitar a eficiência química da natureza através de modelação computacional e experimentação física.



Em um estudo publicado em 10 de janeiro na Nature , Professor Dean Tantillo, estudantes de pós-graduação William DeSnoo e Croix Laconsay, e colegas do Instituto Max Planck na Alemanha relatam a síntese bem-sucedida de moléculas quirais específicas ("handed") usando rearranjos de hidrocarbonetos simples na presença de catalisadores orgânicos complexos. A maioria dos compostos biológicos, incluindo muitos medicamentos prescritos, são quirais.

Tantillo e colegas esperam que as descobertas permitam aos cientistas aproveitar melhor os hidrocarbonetos para uma variedade de fins, tais como precursores de medicamentos e materiais.

"A novidade deste artigo é que esta é realmente a primeira vez, que eu saiba, que alguém foi capaz de obter uma mudança de carbocátion que produz uma imagem espelhada em vez de outra com alta seletividade", disse Tantillo.

Bolinhas de gordura

Em química, a quiralidade é uma propriedade que se refere a um par de moléculas que compartilham a composição atômica, mas são imagens espelhadas uma da outra. Assim como as mãos esquerda e direita, elas não podem ser sobrepostas uma à outra.

"Os químicos sintéticos muitas vezes querem fazer moléculas que vêm em formas de imagens espelhadas, mas querem apenas uma delas", disse Tantillo. "Por exemplo, se você quiser fazer uma molécula de medicamento, muitas vezes você precisa de uma das duas formas quirais para se ligar seletivamente a uma proteína ou enzima alvo."

Conseguir isso pode ser difícil em laboratório porque essas moléculas, de acordo com Tantillo, costumam ser como "pequenas bolas de graxa com alguma carga positiva espalhada ao redor delas".

A natureza gordurosa dessas moléculas normalmente torna difícil a ligação por um catalisador químico em uma orientação em detrimento de outra devido à falta de grupos carregados para o catalisador se agarrar.

Mas os pesquisadores encontraram uma solução. Usando um ácido orgânico quiral, o imidodifosforimidato, como catalisador, a equipe realizou com sucesso rearranjos de alquenil cicloalcanos aquirais, produzindo moléculas quirais de interesse chamadas cicloalcenos. Usando métodos computacionais, Tantillo e colegas deduziram como o catalisador produz seletivamente uma forma quiral em detrimento da outra.

Semelhanças com a natureza

Tantillo disse que a reação resultante é semelhante à forma como as enzimas que produzem produtos de hidrocarbonetos chamados terpenos se comportam na natureza. Parte da pesquisa de Tantillo trata do mapeamento das vias de reação dos terpenos usando métodos de mecânica quântica.

“Se existem vários caminhos possíveis para um produto, então cada vez que você parar em um intermediário desse caminho, você terá a possibilidade de obter subprodutos provenientes desse intermediário”, disse ele. "Portanto, é importante saber quando e por que um carbocátion deseja parar no caminho para um determinado terpeno, se quisermos compreender e, em última análise, reprojetar enzimas formadoras de terpenos."

O novo método poderia, em princípio, ser aproveitado para produzir moléculas naturais e moléculas não naturais.

“É difícil dizer se essas coisas algum dia serão feitas, mas o petróleo é uma fonte de muitos hidrocarbonetos, e se você pudesse transformá-los cataliticamente em moléculas com quiralidade definida, você aumentaria o valor dessas moléculas”, disse Tantillo. .

Coautores adicionais são:Vijay Wakchaure, Markus Leutzsch e Benjamin List, Max Planck Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr, Alemanha; e Nobuya Tsuji, Universidade de Hokkaido, Sapporo, Japão.

Mais informações: Vijay N. Wakchaure et al, Mudanças catiônicas assimétricas catalíticas de hidrocarbonetos alifáticos, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06826-7
Informações do diário: Natureza

Fornecido por UC Davis