Figure 1 Varubi est utilisé avec d'autres médicaments pour aider à prévenir les nausées et les vomissements retardés causés par le traitement anticancéreux. Bien qu'ayant les mêmes atomes, L'image miroir de Varubi ne produit pas autant d'effet biologiquement actif que Varubi. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Saviez-vous que plus de la moitié des médicaments actuellement utilisés sont chiraux, entraînant potentiellement deux réponses différentes dans le corps? Les composés chiraux sont des paires de molécules qui sont des images miroir les unes des autres, tout comme la main droite et la main gauche d'une personne. Puisque le corps interagit différemment avec chaque molécule, un médicament chiral peut produire les effets souhaités à partir d'une molécule, avec un effet secondaire indésirable de son image miroir. Il serait beaucoup plus sûr et plus efficace de fabriquer des composés purs sans former leurs versions miroir inutiles qui ne font que gaspiller, mais une telle synthèse sélective est restée l'un des défis les plus difficiles dans la découverte de médicaments.
Dirigé par le professeur Chang Sukbok, chercheurs du Center for Catalytic Hydrocarbon Functionalisations au sein de l’Institute for Basic Science (IBS) de Daejeon, Corée du Sud, ont rapporté avoir créé un groupe de nouveaux catalyseurs chiraux à l'iridium pour la synthèse sélective de lactames chiraux. Bien que les lactames soient des éléments constitutifs clés de nombreux agents pharmaceutiques, par exemple, pénicilline, un antibiotique notable à base de lactame, il y a eu peu de moyens efficaces pour distinguer une seule molécule d'une paire d'images miroir symétriques. Les nouveaux catalyseurs ont permis aux chercheurs de biaiser la synthèse en faveur de la production d'un produit par rapport à l'autre avec une sélectivité de 99%.
Les atomes des médicaments chiraux sont connectés de la même manière mais diffèrent par la façon dont ils sont orientés dans l'espace. Les chercheurs ont identifié quel catalyseur induisait une rotation à droite et lequel provoquait une rotation à gauche. Combinant observations expérimentales et simulations informatiques détaillées, ils ont découvert que la formation transitoire de liaisons hydrogène entre un substrat et le catalyseur induisait une ségrégation si élevée dans la réaction.
Figure 2 Le catalyseur à l'iridium fonctionne comme un donneur de liaison hydrogène dans le système réactionnel. Le calcul chimique quantique a révélé une liaison hydrogène transitoire entre un substrat et un catalyseur, qui fut à l'origine fondamentale de la synthèse sélective utilisant le nouveau catalyseur. Crédit : Institut des sciences fondamentales
La liaison hydrogène est une interaction omniprésente de molécules dans la nature. Comme cette connexion stabilise les intermédiaires et les états de transition au cours d'une réaction, elle conduit à terme à la production de lactames chiraux permettant une grande sélectivité. Le premier auteur, Le Dr Yoonsu Park déclare, « Il était essentiel de comprendre le mécanisme de réaction afin de faciliter le développement ultérieur du catalyseur. Cette approche basée sur les mécanismes et ce modèle de conception de réaction nous ont permis de trouver cette nouvelle transformation. »
Notamment, cette étude propose un protocole durable pour produire des produits très recherchés, précieux lactames chiraux. En utilisant des hydrocarbures de départ peu coûteux et facilement disponibles, les chercheurs ont produit un groupe de lactames chirales sous différentes formes. Comme leur chiralité et leurs structures diverses permettent aux lactames de fonctionner comme un composé actif dans le corps pour les antibiotiques, anti-inflammatoire, ou fonctions anti-tumorales, cette étude peut faciliter le développement de médicaments potentiels d'une manière plus efficace et moins chère.
« Il s'agit d'une avancée majeure dans le domaine de la catalyse asymétrique. Les lactames trouvant plusieurs applications en médecine, synthétique, et la chimie des matériaux, notre étude peut offrir des bases pour le développement de médicaments cliniques plus sûrs et plus efficaces, " explique le professeur Chang.
Figure 3 Réaction d'amidation sélective utilisant les nouveaux catalyseurs à l'iridium. Groupe de lactames chiraux de différentes formes produits à partir d'hydrocarbures de base peu coûteux et facilement disponibles. Leurs structures diverses permettent aux lactames de correspondre à différents médicaments pharmaceutiques. Crédit : Institut des sciences fondamentales
