Les chimistes utilisent cette configuration expérimentale pour les réactions photochimiques. Crédit :Peter Bellotti
Un objectif majeur de la chimie organique et médicinale au cours des dernières décennies a été la synthèse rapide de molécules tridimensionnelles pour le développement de nouveaux médicaments. Ces candidats-médicaments présentent une variété de propriétés améliorées par rapport aux structures moléculaires principalement plates, qui se reflètent dans les essais cliniques par une efficacité et des taux de réussite plus élevés. Cependant, ils ne pouvaient être produits qu'à grands frais ou pas du tout en utilisant les méthodes précédentes. Chimistes dirigés par le professeur Frank Glorius (Université de Münster, Allemagne) et ses collègues Prof. M. Kevin Brown (Indiana University Bloomington) et Prof. Kendall N. Houk (University of California, Los Angeles) ont maintenant réussi à convertir plusieurs classes de molécules plates contenant de l'azote en les structures tridimensionnelles souhaitées. En utilisant plus de 100 nouveaux exemples, ils ont pu démontrer la large applicabilité du processus. Cette étude sera publiée par Science vendredi, 26 mars 2021.
Le transfert d'énergie par la lumière surmonte la barrière énergétique
L'une des méthodes les plus efficaces pour synthétiser des architectures tridimensionnelles consiste à ajouter une molécule à une autre, connu sous le nom de cycloaddition. Dans ce processus, deux nouvelles liaisons et un nouvel anneau se forment entre les molécules. Pour les systèmes aromatiques, c'est-à-dire composés cycliques plats et particulièrement stables - cette réaction n'était pas réalisable avec les méthodes précédentes. La barrière énergétique qui inhibe une telle cycloaddition n'a pas pu être surmontée même avec l'application de chaleur. Pour cette raison, les auteurs du " Science " L'article a exploré la possibilité de surmonter cette barrière grâce au transfert d'énergie par la lumière.
"Le motif d'utiliser l'énergie lumineuse pour construire plus complexe, les structures chimiques se trouvent également dans la nature, " explique Frank Glorius. " Tout comme les plantes utilisent la lumière dans la photosynthèse pour synthétiser des molécules de sucre à partir des éléments constitutifs simples que sont le dioxyde de carbone et l'eau, nous utilisons le transfert d'énergie par la lumière pour produire des complexes, molécules cibles tridimensionnelles à partir de structures de base plates."
Une molécule plate contenant de l'azote est transformée en une molécule tridimensionnelle par synthèse photochimique (illustration). Le caractère chinois sur la flèche signifie "lumière". Crédit :Peter Bellotti
De nouveaux candidats médicaments pour des applications pharmaceutiques ?
Les scientifiques soulignent les "énormes possibilités" de la méthode. Le roman, motifs structurels non conventionnels présentés par l'équipe dans le " Science « Le papier élargira considérablement la gamme de molécules que les chimistes médicaux peuvent prendre en compte dans leur recherche de nouveaux médicaments :par exemple, blocs de construction de base contenant de l'azote et très pertinents pour les produits pharmaceutiques, comme les quinoléines, isoquinoléines et quinazolines, qui ont été peu utilisés en raison de problèmes de sélectivité et de réactivité. Grâce au transfert d'énergie par la lumière, ils peuvent désormais être couplés à une large gamme d'alcènes structurellement divers pour obtenir de nouveaux candidats-médicaments tridimensionnels ou leurs épines dorsales. Les chimistes ont également démontré une variété de transformations innovantes pour le traitement ultérieur de ces squelettes synthétisés, en utilisant leur expertise pour ouvrir la voie aux applications pharmaceutiques. La grande praticité de la méthode et la disponibilité des matières premières requises sont cruciales pour l'utilisation future de la technologie :les molécules utilisées sont disponibles dans le commerce à faible coût ou faciles à produire.
« Nous espérons que cette découverte donnera un nouvel élan au développement de nouveaux agents médicaux et sera également appliquée et étudiée plus avant de manière interdisciplinaire, " explique Jiajia Ma. Kevin Brown ajoute :" Notre percée scientifique peut également prendre une grande importance dans la découverte d'agents de protection des cultures et au-delà. "
Synergie de la chimie expérimentale et computationnelle
Autre particularité de l'étude :les scientifiques ont clarifié le mécanisme de réaction et la structure exacte des molécules produites pour la première fois non seulement analytiquement et expérimentalement en détail, mais aussi via la chimie computationnelle :Kendall Houk et Shuming Chen ont mené une modélisation détaillée assistée par ordinateur de la réaction. Ils ont pu montrer comment fonctionnent ces réactions et pourquoi elles se produisent de manière très sélective.
"Cette étude est un excellent exemple de la synergie de la chimie théorique expérimentale et computationnelle, " dit Shuming Chen, maintenant professeur à l'Oberlin College dans l'Ohio.
"Notre élucidation mécanique détaillée et notre compréhension des concepts de réactivité permettront aux scientifiques de développer des méthodes complémentaires et d'utiliser ce que nous avons appris pour concevoir des voies synthétiques plus efficaces à l'avenir, " ajoute Kendall Houk.
L'histoire derrière la publication
En utilisant la méthode de transfert d'énergie par la lumière, Jiajia Ma/Frank Glorius (Université de Münster) et Renyu Guo/Kevin Brown (Université de l'Indiana) ont eu du succès, indépendamment. Grâce à des collaborations avec Kendall Houk et Shuming Chen à l'UCLA, les deux groupes de recherche ont appris la découverte mutuelle. Les trois groupes ont décidé de développer leurs découvertes ensemble afin de partager leur percée avec la communauté scientifique dès que possible et de fournir aux chimistes médicinaux cette technologie pour développer de nouveaux médicaments.
