Dans la course pour créer des médicaments plus puissants et plus stables, les scientifiques savent que l'ajout de fluor peut améliorer les molécules médicamenteuses.

Cependant, il n'y a qu'une seule réaction de fluoration connue pour se produire dans la nature. Et ce processus est effectué par des enzymes complexes et hautement spécialisées qui sont difficiles à reproduire. Maintenant, les scientifiques ont développé une nouvelle, molécule rationalisée qui peut faire le travail des enzymes mais être conçue et contrôlée minutieusement. Ce nouveau catalyseur transforme un coffre-fort, sel de fluorure abordable en molécules organiques fluorées. En plus des produits pharmaceutiques améliorés, les molécules fluorées peuvent également agir comme des « radiotraceurs » utiles dans la technologie d'imagerie médicale 3D à haute résolution, telles que la TEP (tomographie par émission de positons).

Robert Paton, professeur agrégé au Département de chimie de la Colorado State University, contribué à la nouvelle étude, qui a été publié cette semaine dans Science . Le travail a été conçu et dirigé par le professeur Véronique Gouverneur à l'Université d'Oxford, avec la conception et la synthèse assurées par Gabriele Pupo et Francesco Ibba dans le laboratoire Gouverneur, et le mode d'action découvert à l'aide de calculs de mécanique quantique par David Ascough et Paton d'Oxford.

"Ce nouveau catalyseur remplit la même fonction que l'enzyme biologique, mais est une fraction de la taille et est plus largement applicable, " dit Paton. De plus, le catalyseur conçu peut être utilisé pour incorporer du fluor dans une variété de molécules organiques, alors que l'enzyme naturelle est limitée à une seule cible.

Concevoir une nouvelle griffe moléculaire

Les catalyseurs accélèrent les réactions chimiques, créer de nouveaux composés à partir des ingrédients d'origine. Le catalyseur développé par Paton et ses collègues est spécialement conçu pour intégrer des atomes de fluor dans un nouveau produit organique. "Cela fonctionne comme un jeu d'arcade de grue à griffes, " Paton a déclaré à propos du mode d'action du catalyseur. "Vous essayez de choisir un jouet moelleux parmi d'autres et de vous y accrocher fermement. Dans un sens large, c'est ce que fait notre catalyseur. Entouré d'autres produits chimiques, il lie sélectivement les anions fluorure à l'aide de trois liaisons hydrogène - en fait une griffe moléculaire - puis le positionne pour ajouter le substrat, " ou l'emplacement cible.

Avec de telles tâches spécifiques, les catalyseurs sont extrêmement difficiles à créer à partir de zéro. "Vous essayez de construire une molécule avec une fonction spécifique et une forme tridimensionnelle précise, " a déclaré Paton.

C'est là qu'intervient le travail de Paton. Son laboratoire est spécialisé dans l'analyse informatique et utilise la mécanique quantique pour prédire la structure et le comportement. En créant un nouveau catalyseur, « la conception assistée par ordinateur vous permet de visualiser des structures à l'échelle atomique – de la même manière que vous concevriez un nouvel avion ou une nouvelle maison, " dit-il. Dans le passé, il ajouta, "la découverte de nouvelles molécules fonctionnelles s'est fortement appuyée sur le hasard et les essais et erreurs. Nous avons combiné le calcul avec l'expérience pour comprendre le mécanisme de fonctionnement de cette chose. Et nous l'avons appliqué dès le début pour guider notre conception expérimentale."

Cette approche leur permet de moins se fier aux essais et erreurs fastidieux. Au lieu, « il s'agit de minimiser les échecs grâce à une meilleure compréhension de la façon dont les réactions ont lieu, " il a dit.

Une chimie plus verte

Paton a rejoint le CSU College of Natural Sciences en janvier après son poste de professeur agrégé à l'Université d'Oxford au Royaume-Uni, où le nouveau travail a été effectué. Il apporte ses recherches largement applicables au nouveau bâtiment de recherche en chimie.

Au-delà des travaux sur le fluor, l'ensemble de ses recherches contribue également à créer une chimie « plus verte ». L'approche informatique réduit les tentatives d'essais et d'erreurs. Et améliorer la catalyse avec smarter, les molécules créées sur mesure réduisent également les déchets.

De nouveaux catalyseurs pourraient également être mis en œuvre pour générer de nouveaux, produits utiles à partir de déchets. Par exemple, des composés spécialement conçus pourraient transformer les produits végétaux mis au rebut en produits chimiques utiles, tels que les produits énergétiques. Il s'agit de « pouvoir maîtriser la catalyse pour générer les produits que l'on veut, " a déclaré Paton. Et ce travail pourrait un jour être derrière un meilleur carburant pharmaceutique ou plus propre - tout cela grâce à une griffe moléculaire plus efficace.