Estrutura do cubeno
Uma equipa de investigadores está a reescrever as regras da estrutura molecular — e os resultados poderão remodelar a forma como os medicamentos do futuro são fabricados.
Químicos da UCLA estão a demonstrar que algumas das mais famosas “regras” da química orgânica não são tão inquebráveis como se pensava.
Ao criar moléculas bizarras em forma de gaiola com ligações duplas distorcidas, estruturas há muito consideradas impossíveisa equipa está a abrir caminho a tipos de química inteiramente novos.
A química orgânica baseia-se em regras há muito estabelecidas que descrevem como os átomos se ligam, como as ligações químicas se formam e como as moléculas adquirem forma.
Estes princípios orientam a forma como os cientistas compreendem as reacções e prevêem o comportamento molecular. Embora muitas destas regras sejam tratadas como verdades absolutas, investigadores da UCLA estão a demonstrar que a química tem mais flexibilidade do que se acreditava.
Em 2024, um grupo de investigação liderado por Neil Gargquímico da UCLA, derrubou a regra de Bredtum princípio que vigorava há mais de um século.
Esta regra estabelece que as moléculas não podem formar uma ligação dupla carbono-carbono na posição de “cabeça de ponte” (a junção dos anéis numa molécula bicíclica em ponte), explica o Ciência Diária.
Com base nesta descoberta revolucionáriaa equipa de Garg desenvolveu agora métodos para criar estruturas ainda mais estranhas: moléculas em forma de gaiola, conhecidas como cubeno e quadriciclonoque contêm ligações duplas altamente invulgares.
Neil Garg e outros
Estrutura química do cubeno equadricicleno
Na maioria das moléculas, os átomos ligados por uma ligação dupla dispõem-se num arranjo plano. A equipa de Neil Garg descobriu que esta geometria familiar não se aplica ao cubeno e ao quadricicleno.
As suas conclusões, apresentadas num artigo publicado na quarta-feira na revista Química da Naturezamostram que estas moléculas forçam as ligações duplas a adotar formas tridimensionais distorcidaso que expande o leque de estruturas moleculares que os químicos podem imaginar e poderá desempenhar um papel importante no desenvolvimento futuro de medicamentos.
“Há décadas, os químicos encontraram provas sólidas de que deveríamos ser capazes de produzir moléculas como estas, mas como ainda estamos muito habituados a pensar nas regras dos manuais sobre estrutura, ligação e reatividade na química orgânica, moléculas como o cubeno e o quadricicleno têm sido evitadas”, explica Garg.
Afinal, quase todas estas regras devem ser tratadas mais como orientaçõesdiz o investigador num comunicado Sim, UCLA.
As moléculas orgânicas contêm geralmente três tipos de ligações: simples, duplas e triplas. As ligações duplas carbono-carbono são chamadas alcenos e têm uma ordem de ligação de 2, que reflete quantos pares de eletrões são partilhados entre os átomos ligados. Nos alquenos típicos, os carbonos adotam uma geometria trigonal planacriando uma estrutura plana em torno da ligação dupla.
As moléculas estudadas pela equipa de Garg, que trabalhou em estreita colaboração com o químico computacional da UCLA Ken Houk, comportam-se de forma diferente.
Devido às suas formas compactas e tensionadas, as ligações duplas no cubeno e no quadricicleno têm uma ordem de ligação mais próxima de 1,5 do que de 2. Esta ligação invulgar resulta diretamente da sua geometria tridimensional.
“O laboratório do Neil descobriu como produzir estas moléculas incrivelmente distorcidas, e os químicos orgânicos estão entusiasmados com o que poderá ser feito com estas estruturas únicas”, afirma Houk.
A descoberta surge quandoos cientistas procuram ativamente novos tipos de moléculas tridimensionais para melhorar o design de medicamentos. Muitos fármacos modernos baseiam-se em formas complexas que interagem de forma mais precisa com alvos biológicos.
“Produzir cubeno e quadricicleno era provavelmente considerado bastante especializado no século XX”, afirmou Garg. “Mas atualmente estamos a começar a esgotar as possibilidades das estruturas regulares e mais planas, e existe uma maior necessidade de produzir moléculas 3D invulgares e rígidas.”
A equipa de Garg acredita que estas descobertas poderão ajudar os investigadores farmacêuticos a conceber uma nova geração de medicamentosque, comparados com os medicamentos desenvolvidos nas últimas décadas, apresentam formas tridimensionais mais complexas.
“No meu laboratório, três coisas são mais importantes. Uma é avançar os fundamentos daquilo que sabemos. A segunda é fazer química que possa ser útil para outros e ter valor prático para a sociedade”, afirma Garg.
“E a terceira é formar todas as pessoas realmente brilhantes que vêm para a UCLA para obter uma educação de classe mundial e depois seguem para o meio académico, onde continuam a descobrir coisas novas e a ensinar outros, ou para a indústria, onde estão a fabricar medicamentos ou a fazer outras coisas interessantes para beneficiar o nosso mundo“.