Método novo, simples e acessível cria potência

UNIVERSITY PARK, PA — Estruturas químicas chamadas ciclopropanos podem aumentar a potência e ajustar as propriedades de muitos medicamentos, mas os métodos tradicionais para criar esta estrutura só funcionam com certas moléculas e requerem ingredientes altamente reativos – potencialmente explosivos. Agora, uma equipe de pesquisadores da Penn State identificou e demonstrou uma maneira segura, eficiente e prática de criar ciclopropanos em uma ampla variedade de moléculas usando um processo químico anteriormente não descrito. Com desenvolvimento adicional, o novo método—descrito em um artigo publicadona revista Science - poderia transformar a forma como esse importante processo ocorre durante o desenvolvimento e criação de medicamentos.

Os ciclopropanos são um recurso fundamental em muitos medicamentos atualmente aprovados pela Food and Drug Administration dos EUA, incluindo aqueles usados ​​para tratar COVID-19, asma, hepatite C e HIV/AIDS. Essas estruturas podem aumentar a potência de uma droga, alterar sua capacidade de dissolução no corpo, minimizar suas interações com alvos não intencionais e, de outra forma, ajustar o desempenho. Os ciclopropanos são um anel de três átomos de carbono conectados, com um carbono ligado ao resto da molécula da droga e os outros dois ligados a dois átomos de hidrogênio.

“Os ciclopropanos são um componente essencial de muitos medicamentos e adicioná-los a candidatos a medicamentos pode ser uma parte importante do processo de descoberta de medicamentos”, disse Ramesh Giri, professor de química no Eberly College of Science da Penn State e líder da equipe de pesquisa. “Os esforços anteriores para melhorar a criação de ciclopropanos concentraram-se na alteração de um caminho mecanicista desenvolvido há mais de 60 anos. Abordamos isso de um ângulo diferente e identificamos um caminho completamente novo que é simples, prático e amplamente aplicável.”

O novo método transforma uma estrutura química específica de compostos chamados alcenos – usados ​​na síntese de muitas moléculas – em ciclopropanos. O método tira vantagem da “química radical”, onde as etapas intermediárias das reações deixam alguns átomos de carbono com elétrons desemparelhados, chamados radicais livres, que impulsionam a reação para frente. Este método específico utiliza luz visível para iniciar a reação e utiliza ingredientes químicos comuns, incluindo oxigênio.

Os métodos tradicionais para criar ciclopropanos requerem ingredientes altamente reativos e difíceis de adquirir e devem ser conduzidos sob condições controladas, e os compostos resultantes muitas vezes têm uma vida útil muito curta. Esses ingredientes instáveis ​​são essenciais para a produção de um composto intermediário no processo chamado carbeno – um átomo de carbono altamente reativo com dois elétrons desemparelhados. O novo método ignora completamente o intermediário carbeno, produzindo os elétrons desemparelhados, um de cada vez, como radicais.

“Todos os ingredientes utilizados nesta via estão disponíveis comercialmente ou são fáceis de criar em laboratório e não requerem quaisquer precauções especiais de segurança, e o produto final pode ser armazenado por períodos prolongados”, disse Giri. “Podemos adicionar todos os ingredientes em uma mistura enquanto estamos expostos ao ar com apenas 10% de oxigênio, e tudo ocorre em uma única etapa. A reação é simples e segura o suficiente para que estejamos planejando incluí-la como parte de um laboratório de graduação em química.”

Outra deficiência dos métodos tradicionais é que eles geralmente não funcionam com moléculas complexas. Por esta razão, os ciclopropanos são normalmente instalados no início da síntese, quando a molécula é menos complexa, mas as etapas seguintes podem fazer com que o anel se abra, e tentativas posteriores de produzir derivados da molécula exigiriam retroceder para essas etapas iniciais. Usando o novo método, os pesquisadores transformaram com sucesso uma variedade de alcenos com uma ampla gama de complexidades em ciclopropanos, incluindo compostos farmaceuticamente relevantes, como o esteróide estrona, penicilina e vitamina B.

“Exploramos toda a gama de complexidade molecular que as pessoas podem encontrar durante a síntese de medicamentos”, disse Giri. “Em alguns casos, os métodos tradicionais podem desenvolver o mesmo produto final, mas em muito mais etapas. Noutros casos, os métodos tradicionais seriam incapazes de criar estes produtos, porque os alcenos iniciais são demasiado sensíveis ou demasiado complexos. O novo método não é apenas mais seguro, mais eficiente e mais prático, mas tem uma gama mais ampla de aplicações do que os métodos tradicionais.”