Les scientifiques de l'Université d'Hokkaido ont réussi à synthétiser un , dérivé de α-difluoroglycine, un type d'acide -aminé, basé sur un chemin de réaction prédit par des calculs de chimie quantique. Cette nouvelle méthode, combinant chimie expérimentale et chimie computationnelle, pourrait innover le développement de nouvelles réactions chimiques.

En plus d'être les constituants de base des peptides et des protéines de notre corps, Les acides -aminés sont essentiels à notre vie quotidienne. Ils sont utilisés pour les compléments nutritionnels, additifs alimentaires et de nombreux autres produits. Alors que les acides -aminés naturels peuvent être synthétisés à moindre coût par des procédés de fermentation conventionnels, acides -aminés non naturels, qui pourrait ajouter de nouvelles propriétés aux peptides et aux protéines, sont généralement fabriqués par synthèse chimique.

Dans la présente étude publiée dans Sciences chimiques , un groupe de scientifiques de l'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) de l'université s'est concentré sur la synthèse chimique de α, α-difluoroglycine, un acide -aminé fluoré non naturel, ce qui pourrait améliorer la stabilité métabolique et l'activité biologique de la molécule. Cependant, une méthode de synthèse efficace pour l'acide aminé a été insaisissable.

La conception de nouvelles réactions basées sur la synthèse organique conventionnelle nécessite de nombreux essais et erreurs dans les expériences et les connaissances de chimistes experts. Par conséquent, il a fallu énormément de temps et d'argent pour développer une réaction innovante.

Pour surmonter ce problème, WPI-ICReDD, le nouveau pôle de recherche de l'université, a adopté sa technologie de base appelée méthode AFIR (Artificial Force Induced Reaction). L'AFIR est une méthode informatique appliquant des forces intermoléculaires ou intramoléculaires virtuelles pour effectuer une recherche systématique des voies de réaction chimique. Le groupe a appliqué la méthode AFIR pour effectuer une analyse dite rétrosynthétique qui utilise des calculs de chimie quantique pour trouver les chemins de décomposition d'un produit souhaité avant de proposer des voies de synthèse de manière inverse.

Ils ont recherché des voies de décomposition de , α-difluoroglycine et sélectionné un groupe comprenant trois composés basiques et simples-amine, difluorocarbène, et le dioxyde de carbone. Leur calcul a prédit que ces trois composés sont capables de produire le composé cible avec un rendement de 99,99 %.

Après avoir affiné diverses conditions de réaction, les chimistes expérimentateurs ont réussi à synthétiser un , Dérivé de -difluoroglycine avec un rendement de 80 %. "Nous n'avons d'abord pas réussi à obtenir le produit cible, mais nous étions toujours convaincus que la synthèse était réussie parce que la prédiction informatique était si concrète. Cela nous a encouragé à continuer, " explique Tsuyoshi Mita du groupe. " Il n'a fallu que deux mois pour réaliser la synthèse, ce qui est nettement plus rapide qu'un processus de développement classique. Cela permet de gagner un temps de recherche important car un ordinateur prédit la faisabilité de la synthèse des composés cibles et leurs rendements chimiques. »

« La méthode AFIR est déterminante pour conduire des synthèses organiques de nouvelle génération, " dit Satoshi Maeda, qui a conçu la méthode. « Nous nous attendons à ce que notre méthode soit appliquée à la production efficace de produits chimiques fins, matériaux fonctionnels, et découvrir de nouveaux médicaments. » Le groupe crée une base de données des voies découvertes grâce à la méthode AFIR et espère l'utiliser avec des scientifiques de l'information pour accélérer le développement de nouvelles réactions chimiques.