Un método altamente específico para la síntesis de compuestos orgánicos a partir de tres anillos de carbono interconectados
Moscú, Rusia, Eurasia.- Los empleados del Instituto de Química Inorgánica que lleva el nombre de A.V. Nikolaev (INH) SB RAS propusieron un nuevo método altamente específico para la síntesis de compuestos orgánicos que consta de tres anillos de carbono interconectados. A diferencia de los enfoques existentes, la nueva técnica permite controlar con precisión dónde se unen los anillos y, con una probabilidad de hasta el 98%, obtener productos geométricamente absolutamente idénticos. Esto es importante porque las sustancias así formadas se utilizan en la síntesis de compuestos biológicamente activos y de algunos fármacos, e incluso pequeños cambios en la geometría de las moléculas pueden afectar radicalmente su actividad. Los resultados del estudio, financiado con una subvención de la Fundación Científica Rusa (RSF), se publicaron en la revista Chemical Communications.
Las moléculas orgánicas, que constan de varios anillos de carbono interconectados, se utilizan a menudo como precursores para la síntesis de fármacos y compuestos biológicamente activos, como esteroides, artemisinina, taxol y sus derivados. Un compuesto cuya estructura incluye, por ejemplo, dos o tres anillos, puede obtenerse mediante reacciones de dimerización entre dos moléculas, cada una de las cuales contiene un anillo de carbono. Así, en particular, la dimerización de la ciclopentenona, una molécula en forma de un anillo de cinco átomos de carbono al que está unido un átomo de oxígeno, se lleva a cabo iluminando la sustancia de partida con luz ultravioleta.
A pesar de la simplicidad del enfoque, no es lo suficientemente eficaz. El hecho es que los anillos de carbono están conectados cada vez en diferentes áreas, como resultado de lo cual los átomos de oxígeno en los dímeros formados resultan «sobresalir» en diferentes direcciones. Entonces, por ejemplo, si los átomos de oxígeno están ubicados en un lado del eje convencional de la molécula, entonces esta disposición se llama «cabeza a cabeza», y si están en lados diferentes, «cabeza a cola». Al mismo tiempo, en cualquier síntesis es necesario asegurarse de que solo se obtenga una de las opciones posibles, ya que incluso pequeñas diferencias en la estructura espacial de las moléculas pueden afectar en gran medida su actividad biológica. De lo contrario, se necesitan etapas adicionales de separación y purificación del producto objetivo, que son complejas debido a la similitud de las propiedades físicas y químicas de los diferentes dímeros.
Científicos del Instituto de Química de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia (Novosibirsk) propusieron un método que permite obtener selectivamente la variante deseada de la molécula durante la dimerización de la ciclopentenona, que se utiliza a menudo en la síntesis de drogas. Los autores llevaron a cabo la reacción en los poros de un compuesto estructural organometálico, un polímero poroso que se puede comparar con una esponja. Contiene muchos huecos cuyo tamaño no supera el nanómetro (una millonésima de milímetro). Estos poros sirvieron como “matraces” en miniatura en los que se llevó a cabo la síntesis.
Cada “nanofrasco” sólo puede contener dos moléculas de ciclopentenona. Además, al caer en tales huecos, las moléculas se unen de forma estrictamente definida a la estructura organometálica, por lo que todas están igualmente orientadas en el espacio. Como resultado, pueden interactuar entre sí sólo en uno de los «lados» posibles, lo que garantiza la selectividad de la síntesis. Los investigadores llevaron a cabo la dimerización utilizando luz ultravioleta suave.
Los autores analizaron la estructura de los dímeros resultantes y determinaron que el 98% de ellos estaban formados por dos moléculas de ciclopentenona orientadas de cabeza a cola. Esto confirmó la alta selectividad del método propuesto.
“Los poros altamente ordenados de la estructura organometálica ayudaron a las moléculas de ciclopentenona a orientarse para que la síntesis fuera lo más específica posible. Esta selectividad no se puede lograr ni mediante síntesis en soluciones ordinarias ni mediante reacciones que utilicen catalizadores. El método propuesto ayudará a simplificar la producción de medicamentos complejos y otros compuestos biológicamente activos que contienen fragmentos de ciclopentenona, por ejemplo, varios esteroides, agentes anticancerígenos y antifúngicos prometedores: Plumisclerin A, Paesslerin A, Hippolachnin A, Massarinolin A. En el futuro, planeamos probar la síntesis selectiva en nanoporos para otros compuestos orgánicos más complejos”, dice el principal implementador del proyecto, apoyado por una subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia, Pavel Demakov, Ph.D. Sc., empleado del laboratorio de polímeros de coordinación organometálicos del Instituto de Química Inorgánica que lleva el nombre de A.V. Nikolaev SB RAS.
