Un método sencillo y accesible mejora la estructura de la potencia del fármaco

Un procedimiento químico no identificado proporciona ciclopropanos más seguros y prácticos.

Muchos productos farmacéuticos preclínicos, clínicos y comerciales, así como compuestos naturales, contienen ciclopropanos. Los ciclopropanos son un anillo de tres átomos de carbono conectados en el que un carbono está unido al resto de la molécula del fármaco y los otros dos están unidos a dos átomos de hidrógeno. Muchos productos farmacéuticos tienen estructuras químicas que pueden utilizarse para aumentar su eficacia.

Las técnicas convencionales sólo funcionan con compuestos limitados y requieren materiales altamente reactivos y posiblemente peligrosos. Los anillos tensos de tres carbonos son elementos importantes de una amplia gama de productos naturales, medicinas y agroquímicos. Muchas técnicas de síntesis química todavía utilizan delicados centros de carbono doble halogenado o peligrosos reactivos diazo. Son un componente esencial de muchos fármacos y agregarlos a los fármacos candidatos puede ser una parte importante del proceso de descubrimiento de fármacos.

La reacción catalizada por un metal de un alqueno con un diazoalcano, un reactivo muy energético que requiere estrictas precauciones de seguridad, es el método más común para su síntesis.

Los investigadores de Penn State han demostrado un método seguro, eficiente y práctico para producir ciclopropanos en varias moléculas utilizando un mecanismo químico previamente desconocido. Esta técnica innovadora puede cambiar este proceso crítico durante la investigación y producción de medicamentos.

Muchos medicamentos aprobados actualmente por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. contienen ciclopropanos, incluidos los utilizados para tratar la COVID-19, el asma, la hepatitis C y el VIH/SIDA. Estas estructuras pueden aumentar la potencia de un fármaco, cambiar su capacidad para disolverse en el cuerpo, reducir las interacciones con objetivos no deseados y mejorar el rendimiento general.

Ramesh Giri, profesor de química en la Facultad de Ciencias Eberly de Penn State y líder del equipo de investigación, dijo: “Los esfuerzos anteriores para mejorar la creación de ciclopropanos se han centrado en alterar una vía mecanicista introducida hace más de 60 años. Abordamos esto de manera diferente e identificamos un camino nuevo, simple, práctico y ampliamente aplicable”.

El novedoso proceso convierte los alquenos, sustancias químicas especializadas en la síntesis de numerosas sustancias, en ciclopropanos. La técnica utiliza “química radical”, en la que algunos átomos de carbono quedan con electrones desapareados durante reacciones intermedias, conocidas como “radicales libres”, que aceleran la reacción.

El nuevo método inicializa la reacción con luz visible y utiliza componentes químicos comunes como el oxígeno. Todas las funciones utilizadas en esta vía están disponibles comercialmente o se crean fácilmente en el laboratorio. No requieren ninguna precaución de seguridad particular y pueden almacenarse durante períodos prolongados. La reacción es lo suficientemente simple y segura como para incluirla en un laboratorio de química de pregrado.

Para producir ciclopropanos, los métodos tradicionales sólo funcionan bien con compuestos simples. Los ciclopropanos suelen instalarse en las primeras etapas de la síntesis, cuando la molécula es menos compleja. Sin embargo, las etapas posteriores pueden hacer que el anillo se abra; requieren intentos posteriores de producir derivados moleculares para volver a esos primeros pasos. Los investigadores utilizaron la nueva técnica para convertir con éxito una amplia gama de alquenos con distintos grados de complejidad en ciclopropanos. Incluye moléculas farmacéuticamente importantes como el esteroide estrona, la penicilina y la vitamina B.

Giri dijo: “Todos los ingredientes utilizados en esta vía están disponibles comercialmente o son fáciles de crear en el laboratorio y no requieren precauciones de seguridad especiales, y el producto final puede almacenarse durante períodos prolongados. Podemos agregar todos los ingredientes en una mezcla mientras estamos expuestos al aire con tan solo un 10% de oxígeno, y todo se realiza en un solo paso. La reacción es lo suficientemente simple y segura como para planear incluirla en un laboratorio de química para estudiantes universitarios”.

Algunos ingredientes también se pueden intercambiar para agregar grupos químicos al producto final. Se pueden utilizar para lograr una variedad de objetivos medicinales. Uno de los componentes de la reacción es el metileno, que se presenta en cientos de formas distintas disponibles comercialmente. Cuando se forma ciclopropano, este grupo químico único distingue metileno u otros grupos que pueden agregarse a un alqueno. Los investigadores utilizaron 19 compuestos de metileno distintos para demostrar el alcance del nuevo enfoque.

Los investigadores descubrieron que todos los niveles posibles de complejidad molecular se podían encontrar durante la fabricación de medicamentos. Los métodos tradicionales a veces pueden producir el mismo producto final con pasos bajos. Los enfoques estándar serían ineficaces en otros casos porque los alquenos iniciales son demasiado sensibles o complicados. La nueva tecnología no sólo es más segura. Es más eficiente y práctico que los métodos antiguos, pero tiene una gama más amplia de aplicaciones.

Este método puede potencialmente revolucionar la forma en que se ciclopropanan los alquenos en el futuro, lo que podría tener implicaciones significativas para la investigación, el desarrollo y la creación de fármacos.

El Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de EE. UU. y Penn State financiaron esta investigación.

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