Les chimistes ont développé une nouvelle façon de générer une variété de blocs de construction chimique très utiles en exploitant des carbènes métalliques, suggèrent de nouvelles recherches.
Généralement utilisés dans les réactions chimiques essentielles pour la synthèse des médicaments et le développement des matériaux, les carbènes sont des atomes de carbone de courte durée et hautement réactifs. En laboratoire, cela peut rendre les carbènes particulièrement difficiles à créer, car les méthodes pour les former sont limitées et souvent dangereuses.
Maintenant, pour la première fois, une approche découverte par des chercheurs de l'Ohio State University a rendu la production de ces carbènes en métal beaucoup plus facile, a déclaré David Nagib, co-auteur de l'étude, professeur distingué d'art et de sciences et professeur de chimie et de biochimie de l'Ohio State University.
« Notre objectif était de déterminer si nous pouvions trouver de nouvelles méthodes d'accès aux carbènes que d'autres n'avaient pas trouvées auparavant », a-t-il déclaré. « Parce que si vous pouviez les exploiter d'une manière catalytique plus douce, vous pourriez atteindre une nouvelle réactivité, ce qui est essentiellement ce que nous avons fait. »
Les chercheurs sont tombés sur cette méthode de fabrication de carbène en utilisant le fer comme catalyseur métallique, puis en le combinant avec des molécules à base de chlore qui génèrent facilement des radicaux libres. L'étude a été publiée dans Science.
Ensemble, ces ingrédients ont travaillé pour former le carbène de leur choix, y compris beaucoup qui n'avaient jamais été fabriqués auparavant. Ensuite, pour créer une réaction chimique, ces carbènes se fixent rapidement à une autre molécule dans une liaison tendue pour former un cyclopropane, qui est en forme de triangle.
Ces fragments moléculaires à trois côtés sont essentiels à la synthèse des médicaments et des agrichimiques, en partie en raison de leur petite taille et de leur énergie inhabituelle. Mais bien qu'il existe de nombreuses façons de synthétiser cette forme, qui est l'une des plus courantes dans les médicaments, le travail de cette équipe s'est inspiré de la recherche des meilleures façons de les créer.
« Notre laboratoire est obsédé par l'essai d'obtenir les meilleures méthodes pour fabriquer des cyclopropanes dès que possible », a déclaré Nagib. « Nous avons l'œil sur le prix de l'inventaire de meilleurs outils pour faire de meilleurs médicaments, et en cours de route, nous avons résolu un énorme problème dans le monde du carbène. »
Lors du décodage de l'un des plus grands défis de la chimie, l'équipe a également constaté que leur méthode fonctionne bien dans l'eau, suggérant que les carbènes métalliques pourraient un jour être même créés de manière fiable à l'intérieur d'une cellule vivante pour découvrir de nouvelles cibles médicamenteuses. Selon Nagib, cette nouvelle approche est environ 100 fois meilleure que les outils chimiques précédents que son laboratoire a produits au cours de la dernière décennie.
« Notre laboratoire est vraiment un laboratoire de développement d'outils », a-t-il déclaré. « Et pour moi, la façon dont vous évaluez si elle est précieuse ou intéressante, c'est si les autres utilisent votre outil. »
L'équipe s'attend à ce que leur découverte devienne extrêmement percutante car, pour les scientifiques, l'accès à une nouvelle façon de créer et de classer les carbènes signifie que le processus de gaspillage actuel et en plusieurs étapes de production peut être rendu à la fois plus simple et plus sûr. Pour les consommateurs, cette méthode suggère que les futurs médicaments développés par cette technologie peuvent être moins chers, plus puissants, plus rapides et plus durables.
Les travaux pourraient empêcher les pénuries de médicaments importants comme les antibiotiques et les antidépresseurs, ainsi que les médicaments qui traitent les maladies cardiaques, les infections Covid et VIH, a déclaré Nagib.
De plus, comme le travail de cette équipe est si révolutionnaire, ils aimeraient s'assurer que cet outil de chimie organique transformationnel est accessible aux grands et petits laboratoires de recherche et aux fabricants de médicaments du monde entier.
L'un des moyens les plus efficaces de garantir cela et d'établir l'avenir de leur stratégie est de continuer à améliorer la technique actuelle, a déclaré Nagib.
« Notre équipe de l'Ohio State s'est réunie dans la façon la plus cool et la plus collaborative de développer cet outil », a-t-il déclaré. « Nous allons donc continuer à courir pour montrer combien de types de catalyseurs différents sur lesquels il pourrait fonctionner et faire toutes sortes de molécules stimulantes et précieuses. »
