Los químicos de la UCLA han descubierto una falla en principios de larga data de la química orgánica, desafiando una regla que ha guiado la química sintética durante un siglo. Un principio conocido como ley de Bread sugiere que ciertas estructuras, en particular aquellas que involucran dobles enlaces carbono-carbono en posiciones específicas en los sistemas de anillos, son inherentemente imposibles.
El avance, publicado en la revista Science, propone un nuevo enfoque de la química sintética y podría desbloquear nuevas posibilidades para el descubrimiento de fármacos.
Las moléculas orgánicas, compuestas principalmente de átomos de carbono, a menudo se describen por sus formas tridimensionales específicas. Una clase importante de estas moléculas, conocidas como olefinas o alquenos, están formadas por dobles enlaces carbono-carbono que se encuentran convencionalmente en un plano.
Si bien las olefinas son parte de estructuras anilladas más complejas, se cree que ciertas posiciones, como la unión «cabeza de puente», son incompatibles con los dobles enlaces debido a las formas distorsionadas que adoptan. La regla de Bred, establecida en 1924, establecía que no se pueden formar dobles enlaces en estas posiciones puente. Esta hipótesis ha limitado los tipos de moléculas que los científicos han intentado sintetizar durante décadas.
Dirigido por Neil Garg, profesor distinguido de química de la UCLA, un equipo de investigación se propuso desafiar esta regla restrictiva. Garg explicó: «La gente no está explorando las olefinas contra el pan porque piensa que no pueden hacerlo. No deberíamos tener reglas como ésta, o si las tenemos, sólo deberían existir con un recordatorio constante de que son pautas». , no reglas. Cuando tenemos reglas que no podemos superar, eso mata la creatividad».
La investigación se ha centrado en la creación de olefinas anti-pan (ABO), moléculas que se oponen directamente al dominio del pan. Estos ABO exhiben estructuras retorcidas o dobladas que, según la química orgánica convencional, no deberían existir en forma estable.
El equipo de Garg ideó un método para sintetizar estas moléculas únicas tratando (pseudo)haluros de sililo con una fuente de fluoruro, lo que desencadena una reacción que conduce a la formación de ABO. Al reconocer la inestabilidad de los ABO, los químicos agregaron una sustancia química «trampa» para capturar las moléculas recién formadas, lo que permitió su aislamiento y estudio adicional.
Este progreso ofrece más que un simple progreso teórico. Al demostrar una forma práctica de producir y estabilizar ABO, la investigación de la UCLA abre aplicaciones potenciales para estas moléculas en el descubrimiento de fármacos. Garg destacó el continuo impulso de la industria farmacéutica para desarrollar estructuras químicas tridimensionales, ya que estas configuraciones a menudo aumentan la eficacia de nuevos medicamentos.
«Lo que este estudio muestra es que, contrariamente a cien años de sabiduría convencional, los químicos pueden producir y utilizar olefinas anti-pan para fabricar productos con valor agregado», señaló Garg.
El equipo de investigación, que incluye estudiantes de posgrado y académicos postdoctorales Luca McDermott, Zachary Walters, Sarah French, Allison Clark, Jiaming Ding y Andrew Kelleghan, colaboró con el químico computacional Ken Houck, distinguido profesor de investigación de la UCLA. Su experiencia combinada en química sintética y computacional ha desempeñado un papel fundamental en la exploración y verificación de las propiedades de estas desafiantes moléculas.
Los compuestos olefínicos, o aquellos que contienen enlaces π, se adhieren a geometrías bien definidas que generalmente se mantienen en diversas estructuras. Sin embargo, estas geometrías se pueden cambiar bajo ciertas condiciones, lo que lleva a una mayor reactividad.
La química sintética ha logrado avances en el control de compuestos con enlaces π con geometrías curvadas, pero el campo de las configuraciones piramidales o retorcidas permanece en gran medida inexplorado debido a las restricciones de la ley de Bread. Los ABO representan un importante avance en este campo, ya que representan geometrías retorcidas o piramidales que alguna vez se consideraron demasiado inestables para su uso práctico.
El potencial de los ABO intrigó a los químicos a principios del siglo XX, cuando el químico alemán Julius Brede investigó moléculas de anillo como el campano y el pineno. El concepto de que ciertas estructuras moleculares no soportan dobles enlaces surgió de su trabajo, particularmente en la unión de sistemas estresados. A pesar de los intentos aislados de sintetizar ABO en el pasado, eran propensos a fallas transitorias o rápidas, lo que refuerza la creencia de que estas configuraciones son inaccesibles.
El estudio de Garg demuestra un método confiable para crear y estabilizar estas moléculas, lo que permite a los químicos explorar más a fondo su reactividad y aplicaciones. Este avance sugiere que los ABO pueden ser una herramienta valiosa para sintetizar estructuras tridimensionales complejas, lo que podría conducir a nuevas moléculas terapéuticas con funcionalidades únicas.
El descubrimiento no sólo desafía una hipótesis centenaria, sino que también allana el camino para nuevas síntesis químicas. A medida que la investigación farmacéutica moderna valida cada vez más las arquitecturas moleculares tridimensionales, las aplicaciones potenciales de los ABO son prometedoras.
Con estos hallazgos, la Ley de Bread, alguna vez considerada una ley inmutable, ahora sirve como recordatorio de que los principios científicos deben ser flexibles para adaptarse a nuevos descubrimientos.
