Une collaboration dirigée par Cornell bascule le commutateur sur la chimie synthétique traditionnelle en utilisant l'électricité pour conduire une nouvelle réaction chimique qui a précédemment déconcerté les chimistes qui s'appuient sur des méthodes conventionnelles.

Cette nouvelle réaction, détaillée dans le document de l'équipe, "La double électrocatalyse permet l'hydrocyanation énantiosélective des alcènes conjugués, " publié le 29 juin dans Chimie de la nature -pourrait stimuler la fabrication d'une foule de nouveaux, médicaments à bas prix.

Le projet était une collaboration entre les co-auteurs principaux Song Lin et Robert A. DiStasio Jr., tous deux professeurs adjoints de chimie et de biologie chimique au Collège des arts et des sciences.

Le laboratoire de Lin explore les applications potentielles de l'électrochimie, qui entraîne des réactions chimiques avec tension au lieu des réactifs privilégiés par la chimie organique traditionnelle. Ces réactifs peuvent être coûteux et difficiles à contrôler à plus grande échelle. Et tandis que l'électrochimie est souvent utilisée dans la recherche sur les batteries et l'énergie, il est moins couramment utilisé en synthèse chimique.

Lin s'est particulièrement concentré sur l'utilisation de l'électrocatalyse pour créer des molécules chirales - des molécules qui sont des images miroir non superposables les unes des autres (souvent appelées gauchers et droitiers) et assez répandues dans toute la chimie médicinale. Pour ce projet, son groupe s'est associé à la société pharmaceutique Eli Lilly pour identifier des transformations réactionnelles spécifiques qui pourraient être ciblées pour créer des précurseurs à faible coût pour de nouveaux médicaments.

Dans ce travail, Lin et son équipe ont développé un catalyseur qui effectue une catalyse asymétrique, un moyen de diriger les réactions chimiques vers un produit chiral spécifique (par exemple, production de la version droitière d'une molécule chirale au lieu de la version gaucher).

"Cela nous a vraiment permis d'améliorer la sélectivité de la réaction, afin que vous puissiez obtenir un produit suffisamment pur pour être utilisé, potentiellement, à des fins de découverte de médicaments, " a déclaré Lin. " Bien que ce travail ne change pas nécessairement la façon dont les médicaments sont fabriqués, il nous donne accès à une grande variété d'analogues."

Les chercheurs ont pu combiner deux réactions différentes - le transfert d'atomes d'hydrogène médié par le cobalt et la cyanation radicalaire favorisée par le cuivre - sur un substrat alcène en utilisant une double stratégie catalytique.

"Nous avons deux catalyseurs différents dans le système, et chacun d'eux assume un rôle spécifique, " a déclaré Lin. " L'électrochimie nous permet de combiner ces deux systèmes chimiques de manière transparente, et alimenter plusieurs cycles chimiques ou différents événements d'oxydation dans le même système de réaction."

La réaction qui en a résulté, l'hydrocyanation asymétrique des alcènes, a échappé aux chimistes organiques pendant des décennies. Maintenant, en faisant varier le substrat, ils peuvent modifier la structure moléculaire d'un médicament commercial et créer de nouvelles variétés.

Pour mieux comprendre le mécanisme de cette réaction longtemps recherchée, Lin s'est tourné vers DiStasio, dont le laboratoire est spécialisé en chimie théorique. Les travaux de DiStasio et de son groupe décrivant et comprenant les interactions non liées (ou non covalentes) qui se produisent entre les molécules sont particulièrement pertinents.

"Après avoir effectué un certain nombre de calculs de mécanique quantique détaillés sur ce système, il nous est devenu clair que le catalyseur au cuivre a une nature plutôt intéressante et dichotomique, " a déclaré DiStasio. " En combinant à la fois des interactions non covalentes attractives et répulsives, ce catalyseur permet un très difficile, pourtant extrêmement utile, réaction chimique."