Des chimistes mettent au point un nouveau procédé de production de molécules en forme d'anneau
La photocatalyse comme clé
La plupart des médicaments commercialisés sont constitués de molécules cycliques (en forme d'anneau), dont beaucoup contiennent plusieurs anneaux. Le développement de méthodes simples et puissantes pour construire des systèmes cycliques importants et nouveaux reste une tâche et un défi pour les chimistes afin de produire des médicaments de manière plus efficace et de créer de nouveaux motifs de structure de médicaments. Une stratégie de plus en plus populaire consiste à modifier les systèmes cycliques par ce que l'on appelle l'édition structurelle. Il s'agit de modifier légèrement l'échafaudage des molécules à un stade avancé de la synthèse, de la même manière que l'on corrige les erreurs lors de la relecture d'un texte. Une équipe internationale de chimistes dirigée par les professeurs Frank Glorius (université de Münster) et Kendall N. Houk (université de Californie, Los Angeles, États-Unis) a réussi pour la première fois à utiliser cette méthode pour insérer un anneau moléculaire à quatre chaînons dans un anneau aromatique plus grand, créant ainsi un système cyclique complexe sur le plan structurel. L'équipe a publié cette nouvelle stratégie dans la revue Science.
"La modification que nous avons apportée au système cyclique d'origine est étonnante. L'insertion d'un anneau dans un anneau pourrait servir de modèle pour d'autres développements", souligne Frank Glorius. Huamin Wang, premier auteur de l'article du groupe de Münster, ajoute : "Les conditions simples et douces rendent également cette réaction prometteuse pour d'éventuelles applications."
Pour procéder à l'édition structurelle, au moins une liaison chimique de l'épine dorsale moléculaire doit être sélectivement coupée. La photocatalyse à la lumière visible est un outil moderne qui fournit l'énergie et la sélectivité nécessaires. L'équipe de recherche a utilisé ce que l'on appelle la catalyse photoredox. Cette branche de la photocatalyse utilise le transfert d'électrons simples. Dans ce processus, le photocatalyseur absorbe l'énergie de l'irradiation lumineuse et "active" le substrat en transférant un électron. Le terme "activation" signifie que le substrat devient réactif. L'utilisation de la lumière visible et de l'activation photochimique permet de développer des conditions de réaction douces et simples.
Dans ce cas, les chimistes ont utilisé une importante molécule contenant du soufre, le thiophène, comme substrat. Dans le nouveau processus, la liaison carbone-soufre du thiophène est finalement clivée. Le second réactif - une molécule constituée d'un anneau à quatre membres (bicyclobutane) - est inséré entre le soufre et le carbone. La conversion est respectueuse de l'environnement et économique en atomes, ce qui signifie que tous les atomes des deux matériaux de départ se retrouvent dans le produit.
L'équipe a découvert le mécanisme sous-jacent de la nouvelle réaction grâce à une collaboration étroite entre la chimie expérimentale et la chimie computationnelle. Le groupe de Frank Glorius a réalisé une série d'études expérimentales pour étudier le mécanisme possible. En outre, Ken Houk et son groupe ont modélisé la réaction en détail. Ils ont ainsi montré comment ces réactions se produisent et pourquoi elles sont hautement sélectives. "Les calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité ont démontré que les mécanismes d'expansion du cycle photoinduit du thiophène et du benzothiophène se déroulent via des mécanismes d'ions radicaux induits par l'oxydation photochimique", explique le Dr Huiling Shao, postdoctorant.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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