O processo de captura e fixação de flúor pode aumentar a eficiência dos medicamentos
Hidrofluoroalquilação de alcenos para acessar moléculas fluoradas valiosas. um , Exemplos selecionados de produtos farmacêuticos contendo flúor. b , Os radicais fluoroalquil são difíceis de gerar diretamente a partir de ácidos fluoroalquil carboxílicos devido ao seu alto potencial de oxidação, necessitando do uso de reagentes precursores complexos e caros (canto inferior direito). A hidrofluoroalquilação fotocatalítica cooperativa permite sínteses simples, suaves e amplamente aplicáveis de moléculas fluoradas valiosas por ativação direta de ácidos fluoroalquil carboxílicos, abordando limitações em métodos anteriores, incluindo o uso de metais nobres, agentes eletrofílicos/caros e condições adversas. c , Mecanismo postulado da hidrofluoroalquilação fotocatalítica. Após a irradiação luminosa, a clivagem homolítica do carboxilato de fluoroalquila é induzida, formando o radical carboxila II e redução de Fe
II
. Radical II sofre CO2 extrusão e gera radical fluoroalquil III , que pode então se envolver na adição radical ao alceno e formar um radical alquil. O cocatalisador tiol pode então sequestrar este intermediário radical alquil transitório via XAT para formar um produto hidrofluoroalquilado e um radical tiil. Finalmente, uma interação redox entre Fe
II
reduzido e o radical tiil na presença de uma fonte de prótons permite que ambos os ciclos catalíticos sejam fechados, permitindo a hidrofluoroalquilação fotocatalítica cooperativa. Crédito:Química da Natureza (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01365-0 Quando se trata de reações químicas, o flúor tem a reputação de ser um “átomo de bala mágica” pela sua capacidade de aumentar a absorção de um medicamento e prolongar a sua vida útil. No entanto, os métodos tradicionais de adicioná-lo a compostos envolvem materiais caros e podem ser difíceis de retirar.
Cientistas da Rice University desenvolveram um processo confiável e econômico de adição de flúor a moléculas para aumentar a eficiência de medicamentos farmacêuticos usando uma reação de ferro e enxofre. De acordo com um estudo publicado na Nature Chemistry , a reação ativada pela luz pode ser usada tanto para liberar flúor de ácidos carboxílicos quanto para incorporá-lo em alcenos – blocos de construção comuns para produtos farmacêuticos e outros produtos químicos. A via química desenvolvida pelos pesquisadores do Rice apresenta uma nova fórmula para uma fluoração mais fácil, barata e eficaz.
"O segredo de muitos medicamentos importantes, do Prozac ao Lipitor, é um átomo chamado flúor", disse Julian West, jovem investigador da Norman Hackerman-Welch e professor assistente de química. "Quando ligado a moléculas de medicamentos, este pequeno átomo pode fazer com que os tratamentos atuem mais rapidamente, por mais tempo e com menos efeitos colaterais. Mas é difícil anexar flúor ao fabricar medicamentos. Os processos existentes muitas vezes requerem produtos químicos que são muito caros, perigosamente reativos e que simplesmente não funcionam. não funciona muito bem."
O grupo de investigação de West questionou se conseguiria encontrar uma forma de adicionar flúor às moléculas através de um processo barato, eficiente e seguro.
“Esta era uma grande ideia quando iniciamos nosso grupo de pesquisa em 2019, mas estávamos bastante confiantes de que poderíamos fazê-lo depois de descobrir que o ferro e o enxofre podem trabalhar juntos para criar um tipo de reação chamada descarboxilação ", disse West.
Ao contrário dos materiais iniciais de metais nobres usados para sintetizar moléculas para uma variedade de indústrias, elementos mais comuns como ferro e enxofre são de fácil acesso, baratos e abundantes em todo o mundo. No início deste ano, o grupo de pesquisa de West descobriu que quando ilumina o ferro e o enxofre, eles interagem como clientes barulhentos que entram em conflito com energia suficiente para quebrar as moléculas de ácido carboxílico, liberando átomos de flúor para uso em outros lugares.
"Os ácidos carboxílicos estão por toda parte; são baratos, disponíveis e resistentes", disse West. "O problema é que a sua própria estabilidade torna difícil quebrá-los em partes úteis. Se o ferro e o enxofre pudessem descarboxilar estes materiais comuns, disponibilizando os seus átomos de flúor, então estaríamos prontos para a corrida."
Depois que os pesquisadores determinaram como liberar o flúor desses compostos estáveis, eles tiveram que descobrir como recolocá-lo de maneira eficaz e segura. O ex-aluno de doutorado em arroz, Yen-Chu Lu, e o estudante de graduação em química Kang-Jie (Harry) Bian descobriram que os ácidos carboxílicos fluorados poderiam reagir com alcenos, outra parte comum das moléculas de drogas.
“Os alcenos são mais comumente usados para ajudar a unir as drogas porque podem ser transformados em muitas coisas diferentes, como uma base sobre a qual peças mais complexas podem ser construídas”, disse West. "Yen-Chu e Harry determinaram que a mesma combinação de ferro e enxofre que quebrou o ácido carboxílico poderia facilitar a ligação do fragmento de flúor recém-revelado aos alcenos."
A nova estratégia não só é rápida, simples e segura, mas também parece aplicável numa ampla variedade de utilizações.
“Se você quiser adicionar um pedaço de flúor diferente, basta colocar um ácido carboxílico diferente”, disse West.
Lu e Bian trabalharam com o estudante de graduação da Rice, Shih-Chieh Kao, e com os alunos de graduação Xiaowei Chen e David Nemoto Jr.
“Eles realmente levaram essa abordagem ao seu limite e ainda não descobriram seus limites”, disse West. “A equipe fez um trabalho incrível e tenho muita sorte de ter colegas de trabalho tão criativos em nosso grupo.”
Mais informações: Bian, KJ. et al, Hidrofluoroalquilação fotocatalítica de alcenos com ácidos carboxílicos, Nature Chemistry (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01365-0. www.nature.com/articles/s41557-023-01365-0 Informações do diário: Química da Natureza
