Un equipo de investigadores del Centro de funcionalizaciones de hidrocarburos catalíticos, dentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS, Corea del Sur, ha diseñado una nueva estrategia para sintetizar moléculas cíclicas en forma de anillo, muy buscadas por las industrias farmacéutica y química,y conocido como gamma-lactamas. Este estudio describe cómo estos anillos de cinco miembros pueden prepararse a partir de hidrocarburos de alimentación de bajo costo y fácilmente disponibles, así como a partir de moléculas orgánicas complejas, como aminoácidos y esteroides. Los gamma-lactamas encuentran varias aplicaciones en medicamentos, química sintética y de materiales. Por ejemplo, están incluidos en una gran cantidad de compuestos farmacéuticamente activos con funciones antibióticas, antiinflamatorias y antitumorales. Publicado en ciencia , esta investigación se realizó en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST.
La conversión de hidrocarburos en compuestos que contienen nitrógeno es un área importante de investigación, donde el desafío radica en romper los fuertes enlaces carbono-hidrógeno C? H y convertirlos en enlaces carbono-nitrógeno CN de manera controlada.Por esta razón, los hidrocarburos son difíciles de usar como materiales de partida, aunque existan en grandes cantidades en la naturaleza.
En los últimos 35 años, los químicos han encontrado formas de convertir hidrocarburos simples en anillos que contienen nitrógeno, como indoles o pirrolidinas, pero los gamma-lactámicos resultaron imposibles de preparar utilizando los mismos enfoques. Los investigadores del SII plantearon la hipótesis de que tal falla se debió avías químicas alternativas que alejan la reacción de los anillos deseados: el intermedio de reacción carbonilnitreno se descompone rápidamente en productos no buscados. Utilizando modelos informáticos de las vías de reacción deseadas y no deseadas, el equipo encontró una estrategia para cerrar por completo este último parapara obtener los gamma-lactámicos anhelados. Por primera vez, estos cuatro carbonos y una molécula cíclica de nitrógeno se obtuvieron directamente de productos químicos de alimentación simples.
"Con este trabajo ofrecemos una solución completamente nueva a un desafío de larga data y demostramos el poder de lo que llamamos desarrollo de reacción basado en mecanismos", explica el profesor BAIK Mu-Hyun, autor correspondiente del estudio.
Dirigidos por el profesor CHANG Sukbok, los investigadores del SII diseñaron la reacción ganadora con la ayuda de simulaciones por computadora que analizan los mecanismos de reacción y calculan la energía requerida para que la reacción tenga lugar. Según dichas predicciones por computadora, la reacción podría seguir tres vías,conduciendo a la formación de la gamma-lactama deseada, un producto no deseado isocianato, o la degradación del catalizador causada por la reacción del sustrato con el esqueleto del catalizador. Combinando observaciones experimentales y simulaciones detalladas por computadora, el equipo diseñó un producto basado en iridiocatalizador, altamente selectivo para la formación de gamma-lactama. De esta manera, las dos vías no deseadas se cerraron sistemáticamente, dejando la formación del anillo que contiene nitrógeno como el único resultado posible.
Más allá del uso de hidrocarburos baratos como materia prima, el equipo también logró convertir aminoácidos, esteroides y otras moléculas bio-relevantes en gamma-lactámicos, que podrían encontrar una variedad de aplicaciones como insecticidas para plantas, medicamentos contra gusanos parásitos oagentes antienvejecimiento. Esta nueva tecnología sintética proporciona un acceso mucho más fácil a estas moléculas complicadas y permitirá el desarrollo de fármacos potenciales en un período de tiempo mucho más corto a un costo menor.
"En este trabajo innovador, nos alejamos de la estrategia de aminación existente y abrimos la puerta a una forma completamente nueva de convertir CH en bonos CN. Nuestro descubrimiento es un trabajo de cambio de paradigma y ofrece una nueva base conceptual para muchosdesarrollos emocionantes a seguir ", entusiasma el profesor CHANG.
los investigadores del SII ahora están interesados en desarrollar sistemas catalíticos menos costosos y expandir la gama de productos, por ejemplo, produciendo anillos con cuatro o seis átomos conocidos como beta-lactama y delta-lactama, respectivamente. Finalmente, como se explica porEl primer autor del estudio, HONG Seung Youn, el equipo aspira a pasar de las reacciones de aminación intramolecular a las intermoleculares: "El objetivo final sería lograr la conversión directa de alcanos no activados, como gases naturales como el metano o el gas etano,en productos químicos de valor agregado útiles a través de la aminación intermolecular de CH "
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Materiales proporcionados por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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