I chimici scoprono un modo semplice per costruire molecole più grandi, un carbonio alla volta
Questo metodo innovativo potrebbe accelerare la scoperta di farmaci e la progettazione di prodotti chimici complessi
Un team di chimici dell'Università di Cambridge ha sviluppato un nuovo potente metodo per aggiungere più facilmente singoli atomi di carbonio alle molecole, offrendo un semplice approccio in un solo passaggio che potrebbe accelerare la scoperta di farmaci e la progettazione di prodotti chimici complessi.
Matthew Gaunt e Marcus Grocott
Michael Webb
La ricerca, pubblicata di recente sulla rivista Nature con il titolo One-carbon homologation of alkenes, svela un metodo innovativo per allungare le catene molecolari con un atomo di carbonio alla volta. Questa tecnica si rivolge agli alcheni, una comune classe di molecole caratterizzate da un doppio legame tra due atomi di carbonio. Gli alcheni sono presenti in un'ampia gamma di prodotti di uso quotidiano, dai farmaci antimalarici come il chinino ai prodotti agrochimici e alle fragranze.
Guidato dal dottor Marcus Grocott e dal professor Matthew Gaunt del Dipartimento di Chimica Yusuf Hamied dell'Università di Cambridge, il lavoro sostituisce le tradizionali procedure a più fasi con una reazione a pentola singola compatibile con un'ampia gamma di molecole.
Il dottor Grocott spiega: "Gli alcheni sono strutture comuni e incredibilmente utili in chimica, ma finora non esisteva un modo semplice per aggiungere selettivamente un solo atomo di carbonio".
La chiave di questo nuovo metodo è un componente ingegnosamente progettato: un ingegnoso strumento chimico basato sul "reagente di trasferimento a 1 carbonio" allil solfone, progettato per aggiungere un singolo atomo di carbonio alla volta. In primo luogo, la molecola appositamente progettata si attacca al composto bersaglio e avvia una reazione che li unisce. Poi, si rimodella rapidamente, terminando con un carbonio in più al suo posto, come se si trattasse di un nuovo pezzo di Lego su una catena in crescita.
"È un progetto semplice e intelligente", spiega Gaunt. "Ogni parte della molecola ha un ruolo specifico. Una parte aiuta a innescare la fase finale, un'altra controlla i tempi e un'altra ancora la aiuta ad aderire al bersaglio all'inizio".
Per dimostrare l'efficacia del loro nuovo metodo, gli scienziati lo hanno testato su un farmaco chiamato Ciclosporina A. Questo farmaco aiuta a fermare la reazione eccessiva del sistema immunitario attaccandosi a una speciale proteina del corpo. Gli scienziati di Cambridge hanno creato nuove versioni del farmaco aggiungendo uno o due atomi di carbonio. Queste nuove versioni si sono comunque attaccate alla proteina e alcune di esse hanno rallentato il sistema immunitario, mentre altre non lo hanno fatto. Ciò significa che potrebbe essere possibile modificare l'azione del farmaco senza disattivare completamente il sistema immunitario.
"Non si tratta solo di estendere le molecole", ha dichiarato il professor Gaunt. Si tratta di dare ai chimici un nuovo modo di esplorare lo spazio chimico e di sbloccare varianti di farmaci precedentemente inaccessibili".
La capacità di mettere a punto le molecole con tale precisione potrebbe essere trasformativa per la chimica medicinale, dove anche piccoli cambiamenti nella struttura possono avere un grande impatto sul funzionamento di un farmaco nell'organismo. L'approccio consente anche l'introduzione di gruppi funzionali, offrendo un'ulteriore versatilità nella progettazione delle molecole.
Al di là dell'industria farmaceutica, questo metodo potrebbe trovare applicazione in settori come la protezione delle colture e i materiali avanzati, ovunque le sottili modifiche alle catene di carbonio influenzino le prestazioni e le funzioni.
"Questa nuova chimica ci permette di controllare la struttura molecolare in modo semplice e allo stesso tempo utile", ha aggiunto il dottor Grocott. "Apre le porte alla progettazione di composti più intelligenti e mirati in una vasta gamma di settori".
In passato, l'aggiunta di atomi di carbonio a molecole come questa era lenta e richiedeva molti passaggi complicati. Ma il team di Cambridge ha scoperto un modo innovativo per farlo: più veloce, più facile e tutto in una volta. Questo grande passo avanti potrebbe aiutare gli scienziati a progettare nuovi farmaci in modo molto più rapido e semplice rispetto al passato.
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