Les réactions chimiques sont utilisées pour produire toutes sortes de molécules importantes telles que des médicaments, produits agrochimiques et matériaux.

Pour créer un médicament aux propriétés spécifiques, suffisamment polaire pour se dissoudre dans l'environnement aqueux de l'estomac et du sang, mais suffisamment gras pour traverser les cellules ou traverser la barrière hémato-encéphalique - les chimistes échangent généralement les matériaux de départ.

Maintenant, une étude de l'Université du Michigan a montré qu'il est possible de modifier les propriétés des molécules en modifiant plutôt les conditions de réaction, rationalisant potentiellement la façon dont les médicaments et autres composés utiles sont découverts. L'ouvrage est publié dans La nature .

"Imaginez une boîte de briques Lego. Prenez-en deux et cliquez-les ensemble. Peut-être que vous en aurez une rouge et une bleue, ou un noir et un jaune. Mais si vous n'aviez que deux briques Lego, vous pouvez toujours les assembler de nombreuses manières pour obtenir différentes formes. Image en cliquant sur deux blocs Lego ensemble à l'aide de deux divots, quatre divots, ou un divot. Vous obtenez différentes formes, " a déclaré l'auteur principal Tim Cernak, U-M professeur assistant de chimie et de chimie médicinale.

L'équipe de Cernak essaie de faire de même avec les molécules. Typiquement, les chimistes recherchent des atomes avec des propriétés spécifiques afin de construire des molécules avec les résultats souhaités. Au lieu, l'équipe U-M suggère d'utiliser différentes conditions de réaction pour fabriquer des molécules avec différentes formes et différentes propriétés.

« En cartographiant toutes les réactions possibles, nous avons découvert qu'il y a un tout nouvel axe à considérer lors de la modification des propriétés d'une molécule, " dit Cernak.

Vingt-cinq pour cent des réactions utilisées dans la découverte de médicaments associent une amine et un acide carboxylique pour former une liaison amide. Ces liaisons sont formées en couplant le composé aminé basique avec un acide carboxylique. Maintenant, l'équipe U-M a montré qu'en modifiant la manière dont une amine et un acide carboxylique sont connectés, il peut en résulter des centaines d'autres façons de relier les deux matériaux de départ, chacun produisant une nouvelle molécule aux propriétés diverses.

Cela signifie qu'en faisant varier le catalyseur et le réactif qui assemblent l'amine et l'acide carboxylique, les chimistes peuvent concevoir les propriétés que le composé affichera. Le laboratoire de Cernak montre que cette méthode peut produire des molécules acides, de base, lipophile ou hydrophile, tous commençant à partir des mêmes deux matières de départ mais utilisant des conditions de réaction différentes.

« Si nous parlons de produits pharmaceutiques, ces changements de propriétés pourraient faire la différence entre une molécule qui se distribue au cerveau et une molécule qui va au foie, " Cernak a déclaré. "C'est exactement ce que font les chasseurs de drogue :ils modifient un tout petit peu les atomes pour moduler les propriétés des molécules. Cela se fait toujours en allant dans la boîte Lego et en saisissant différents morceaux de Lego.

"Et si vous pouviez faire tout cela avec seulement deux morceaux de Lego simplement en utilisant différents catalyseurs pour les assembler de différentes manières ? Cela ajoute une nouvelle dimension à l'exploration spatiale chimique."

Par exemple, si vous décarboxylez l'acide carboxylique au lieu de former une liaison amide, vous formez une liaison carbone-azote. Si vous enlevez l'amine, vous formez une liaison carbone-oxygène. Si vous retirez simultanément l'amine et décarboxylez l'acide carboxylique, vous pouvez créer une liaison carbone-carbone.

"Nous montrons que vous pouvez accéder au carbone-azote, liaisons carbone-oxygène et carbone-carbone à partir des mêmes deux matières premières simplement en faisant varier les conditions de réaction, " dit Cernak. " La découverte qui me tient éveillé la nuit, c'est qu'il y a des centaines d'autres réactions que nous n'avons pas encore réalisé. Il y a tellement d'opportunités dans ces centaines de nouvelles réactions qui ne demandent qu'à être inventées."

L'étude fournit également un cadre informatique pour inventer de nouvelles réactions en utilisant une technique de criblage de réaction rapide développée par Cernak.

"Nous développons une interface de synthèse chimique et de science des données, " il a dit.