Equipe de pesquisa da Universidade de Münster sintetiza estruturas de anéis tridimensionais como alternativas potenciais aos anéis planos biologicamente ativos
Como o próprio nome sugere, as “moléculas de gaiola” em forma de anel se assemelham a uma gaiola, e é essa estrutura tridimensional que as torna significativamente mais estáveis do que moléculas planas relacionadas. Consequentemente, podem ser de interesse para desenvolvedores de medicamentos, pois representam uma possível alternativa aos anéis moleculares convencionais do grupo dos compostos aromáticos. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Münster liderada pelo químico Frank Glorius desenvolveu um novo método para produzir as chamadas moléculas 3D substituídas por heteroátomos e publicou os resultados na revista “Nature Catalysis”. As estruturas inovadoras são criadas através da inserção precisa de uma unidade triatômica no anel tenso (de alta energia) de um parceiro de reação.
Anéis aromáticos são anéis planos em moléculas orgânicas. Eles estão entre os ingredientes mais comuns em produtos farmacêuticos e agroquímicos. No entanto, estas estruturas podem ser instáveis sob condições fisiológicas e assim dificultar a eficácia dos compostos farmacêuticos. Para resolver este problema, os cientistas têm explorado alternativas tridimensionais complexas – anéis em forma de gaiola que são mais rígidos e, portanto, mais estáveis. Embora já estejam disponíveis substitutos 3D para anéis planos simples, como o benzeno (um anel com seis átomos de carbono), tem sido muito mais difícil sintetizar versões 3D de anéis planos que contêm um ou mais átomos importantes, como nitrogênio, oxigênio ou enxofre. Esses chamados anéis “heteroaromáticos” são particularmente comuns em medicamentos.
A descoberta da equipe da Universidade de Münster veio do uso do biciclobutano, uma molécula altamente reativa, e do desencadeamento da reação química com energia luminosa. “Ao usar um catalisador sensível à luz, fomos capazes de inserir com precisão átomos de nitrogênio, oxigênio e carbono nesta pequena molécula bicíclica muito reativa, o que nos permitiu sintetizar um novo tipo de anel 3D”, explica o Prof Glorius. Os estudos anteriores focaram principalmente na inserção de átomos de carbono no biciclobutano. Em contraste, a inserção de heteroátomos como nitrogênio e/ou oxigênio leva a novos análogos de anéis 3D em forma de gaiola. “Esses novos anéis poderiam servir potencialmente como um substituto para anéis heteroaromáticos planos em moléculas de medicamentos, abrindo novas possibilidades para o desenvolvimento de medicamentos”, diz o Dr. Chetan Chintawar. Os anéis sintetizados são estáveis, versáteis e podem ser facilmente modificados, tornando-os blocos de construção úteis para a criação de inúmeras outras moléculas cíclicas.
Os pesquisadores realizaram estudos experimentais e computacionais para compreender o mecanismo da reação. Eles sugerem que a reação é iniciada pelo evento de transferência de elétrons induzido pela luz, do catalisador excitado para os reagentes que fornecem os produtos finais.
Publicação original
Chetan C. Chintawar, Ranjini Laskar, Debanjan Rana, Felix Schäfer, Nele Van Wyngaerden, Subhabrata Dutta, Constantin G. Daniliuc e Frank Glorius (2024): Inserção de radical amidil catalisado por fotoredox em biciclo[1.1.0]butanos. Catálise da Natureza; DOI: 10.1038/s41929’024 -01239-9