Bien qu'ils soient parmi les éléments constitutifs les plus polyvalents de la chimie organique, les composés appelés carbènes peuvent être trop chauds pour être manipulés. En laboratoire, les chimistes évitent souvent d'utiliser ces molécules hautement réactives en raison de leur caractère explosif.

Pourtant, dans une nouvelle étude, publiée aujourd'hui dans la revue Science , des chercheurs de l'Ohio State University présentent une nouvelle méthode plus sûre pour transformer ces molécules à haute énergie et à courte durée de vie en molécules beaucoup plus stables.

"Les glucides contiennent une quantité incroyable d'énergie", a déclaré David Nagib, co-auteur de l'étude et professeur de chimie et de biochimie à l'Ohio State. "La valeur de cela est qu'ils peuvent faire de la chimie que vous ne pouvez pas faire autrement."

En fait, les membres du Nagib Lab se spécialisent dans l'exploitation de réactifs dotés d'une telle énergie chimique et ont aidé à inventer une multitude de nouvelles substances et techniques qui seraient autrement impossibles à obtenir chimiquement.

Dans cette étude, les chercheurs ont développé des catalyseurs fabriqués à partir de métaux bon marché et abondants sur Terre, comme le fer, le cuivre et le cobalt, et les ont combinés pour faciliter leur nouvelle méthode d'exploitation du carbène.

Ils ont pu utiliser avec succès cette nouvelle stratégie pour canaliser la puissance des carbènes réactifs afin de fabriquer des molécules de valeur à plus grande échelle et beaucoup plus rapidement que les méthodes traditionnelles. Nagib a comparé ce saut aux ingénieurs qui ont découvert comment utiliser l'acier pour construire des gratte-ciel plutôt que la brique et le mortier.

Par exemple, une caractéristique moléculaire que les chimistes ont eu du mal à créer est le cyclopropane, un petit anneau tendu de liaisons chimiques torsadées que l'on trouve dans certains médicaments. Plus récemment, le cyclopropane a été utilisé comme ingrédient clé dans la pilule antivirale orale appelée Paxlovid. Utilisée pour traiter le COVID-19, la pilule réduit la gravité de la maladie en empêchant le virus de se répliquer, plutôt qu'en le tuant purement et simplement.

Bien que le cyclopropane nécessaire à la fabrication du médicament ait été difficile à créer en grande quantité, Nagib a déclaré qu'il pensait que la nouvelle méthode de son laboratoire pourrait être appliquée pour créer le médicament plus rapidement et à plus grande échelle. "Notre nouvelle méthode permettra un meilleur accès à des dizaines de types de cyclopropanes à incorporer dans toutes sortes de médicaments pour traiter les maladies", a-t-il déclaré.

Alors que la recherche de l'équipe a des applications potentielles en dehors du domaine pharmaceutique, comme l'agrochimie, Nagib a déclaré qu'il était le plus passionné par la façon dont leur outil pourrait accélérer la découverte de nouveaux médicaments ciblés. "Vous pourriez techniquement appliquer nos méthodes à n'importe quoi", a-t-il déclaré. "Mais dans notre laboratoire, nous sommes plus intéressés par l'accès à de nouveaux types de médicaments plus puissants."

Nagib prédit qu'en utilisant le processus développé par son équipe, un réactif chimique qui nécessite actuellement 10 ou 12 étapes pour être fabriqué (par des intermédiaires explosifs) pourrait être fabriqué en quatre ou cinq, réduisant ainsi près de 75 % du temps nécessaire à sa fabrication.

Dans l'ensemble, Nagib a déclaré qu'il espère que cette recherche aidera d'autres chimistes à faire leur travail.

"Il y a beaucoup de très grands scientifiques dans le monde qui font ce genre de chimie et en utilisant notre outil, ils pourraient potentiellement avoir un laboratoire plus sûr", a déclaré Nagib. "La saveur de la science que nous faisons, la récompense la plus satisfaisante est lorsque d'autres personnes utilisent nos méthodes chimiques pour améliorer des molécules importantes."

Les autres co-auteurs étaient Lumin Zhang, un ancien boursier postdoctoral, ainsi que Bethany M. DeMuynck, Alyson N. Paneque et Joy E. Rutherford, tous étudiants diplômés du département de chimie et biochimie et membres du Nagib Lab. + Explorer plus loin

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