Químicos desarrollan un nuevo proceso para producir moléculas en forma de anillo
La fotocatálisis como clave
La mayoría de los fármacos comercializados consisten en moléculas cíclicas (en forma de anillo), muchas de las cuales contienen múltiples anillos. El desarrollo de métodos sencillos y potentes para construir sistemas de anillos importantes y novedosos sigue siendo una tarea y un reto para los químicos, con el fin de producir fármacos de forma más eficiente y también para posibilitar nuevos motivos de estructuras de fármacos. Una estrategia cada vez más popular consiste en modificar los sistemas de anillos mediante la llamada edición estructural. Se trata de alterar ligeramente el andamiaje de las moléculas en una fase avanzada de la síntesis, del mismo modo que se corrigen los errores al revisar un texto. Un equipo internacional de químicos dirigido por los profesores Frank Glorius (Universidad de Münster) y Kendall N. Houk (Universidad de California, Los Ángeles, EE.UU.) ha logrado por primera vez utilizar este método para insertar un anillo molecular de cuatro miembros en un anillo aromático más grande, creando un sistema de anillos bicíclicos estructuralmente complejo. El equipo publica esta nueva estrategia en la revista Science.
"El cambio que conseguimos en el sistema de anillos original es asombroso. La inserción de un anillo dentro de otro podría servir de modelo para desarrollos posteriores", subraya Frank Glorius. El Dr. Huamin Wang, primer autor del artículo del grupo de Münster, añade: "Las condiciones sencillas y suaves también hacen que esta reacción sea prometedora para posibles aplicaciones."
Para llevar a cabo la edición estructural, es necesario escindir selectivamente al menos un enlace químico del esqueleto molecular. Una herramienta moderna que proporciona la energía y selectividad necesarias es la fotocatálisis con luz visible. El equipo de investigación utilizó lo que se conoce como catálisis fotorreductora. Esta rama de la fotocatálisis utiliza la transferencia de electrones individuales. En este proceso, el fotocatalizador absorbe la energía de la irradiación luminosa y "activa" el sustrato mediante la transferencia de un electrón. "Activación" significa que el sustrato se vuelve reactivo. El uso de la luz visible y la activación fotoquímica permite desarrollar condiciones de reacción suaves y sencillas.
En este caso, los químicos utilizaron como sustrato una importante molécula que contiene azufre, el tiofeno. En el nuevo proceso, el enlace carbono-azufre del tiofeno se escinde finalmente. El segundo reactivo, una molécula formada por un anillo tenso de cuatro miembros (biciclobutano), se intercala entre el azufre y el carbono. La conversión es respetuosa con el medio ambiente y económica desde el punto de vista atómico, lo que significa que todos los átomos de los dos materiales de partida acaban en el producto.
El equipo descubrió el mecanismo subyacente de la nueva reacción mediante una estrecha colaboración de química experimental y computacional. El grupo de Frank Glorius realizó una serie de estudios experimentales para investigar el posible mecanismo. Además, Ken Houk y su grupo modelizaron computacionalmente la reacción en detalle. De este modo, demostraron cómo se producen estas reacciones y por qué son altamente selectivas. "Los cálculos de la Teoría del Funcional de la Densidad demostraron que los mecanismos de expansión de anillos fotoinducidos del tiofeno y el benzotiofeno se producen a través de mecanismos de iones radicales fotorreductores", explica la Dra. Huiling Shao.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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