O estudo, publicado em 12 de março em Síntese da Naturezaapresenta o que a equipe chama de reação “anti-Friedel-Crafts”. A química tradicional da Friedel-Crafts requer produtos químicos poderosos ou catalisadores metálicos e condições laboratoriais adversas. Devido a estes requisitos, a reação normalmente ocorre no início da fabricação do medicamento e é seguida por muitas etapas químicas adicionais para produzir o medicamento final.

O novo método de Cambridge inverte esse processo, permitindo que os investigadores façam alterações nas moléculas dos medicamentos muito mais tarde no desenvolvimento.

A reação alimentada por LED forma ligações químicas importantes

Em vez de depender de catalisadores de metais pesados, a reação é ativada por uma lâmpada LED à temperatura ambiente. Quando a luz desencadeia a reação, ela desencadeia um processo em cadeia autossustentável que forma ligações carbono-carbono sob condições amenas, sem reagentes tóxicos ou caros.

Em termos práticos, esta abordagem permite que os químicos ajustem moléculas complexas perto do final do processo de desenvolvimento de medicamentos, em vez de desmontá-las e reconstruí-las peça por peça – algo que de outra forma poderia levar meses.

“Encontramos uma nova maneira de fazer alterações precisas em moléculas complexas de medicamentos, especialmente naquelas que foram excepcionalmente difíceis de modificar no passado”, disse David Vahey, primeiro autor e pesquisador PhD no St John’s College, em Cambridge.

“Os cientistas podem passar meses reconstruindo grandes partes de uma molécula apenas para testar uma pequena mudança. Agora, em vez de fazer um processo de vários passos para centenas de moléculas, os cientistas podem começar com o seu impacto e fazer pequenas modificações mais tarde.”

“Essa reação permite que os cientistas façam ajustes precisos muito mais tarde no processo, sob condições amenas e sem depender de reagentes tóxicos ou caros. Isso abre um espaço químico que antes era de difícil acesso e dá aos químicos medicinais uma ferramenta mais limpa e eficiente para explorar novas versões de um medicamento.”

Descoberta mais rápida de medicamentos com menos desperdício

A redução do número de etapas de síntese reduz o uso de produtos químicos, reduz o consumo de energia e diminui a pegada ambiental do desenvolvimento de medicamentos. Isso também economiza um tempo valioso dos pesquisadores.

A reação é altamente seletiva, permitindo que os químicos alterem uma parte específica de uma molécula sem perturbar outras áreas sensíveis. Esta precisão é importante porque mesmo pequenas alterações estruturais podem influenciar a forma como um medicamento funciona no organismo, como se comporta biologicamente ou se produz efeitos secundários.

Na sua essência, a descoberta aborda um desafio químico fundamental: a formação de ligações carbono-carbono. Estas ligações criam a espinha dorsal de inúmeras substâncias, incluindo combustíveis, plásticos e moléculas biológicas complexas.

A técnica também mostra o que os químicos descrevem como “alta tolerância a grupos funcionais”. Isso significa que pode modificar uma região de uma molécula enquanto deixa outros grupos funcionais intactos. Isto torna a reação particularmente útil para a otimização do estágio final, um estágio de descoberta de medicamentos onde os cientistas ajustam as moléculas para melhorar o desempenho dos medicamentos.

Como a abordagem evita metais pesados, condições de reação adversas e longos caminhos de síntese, ela também poderia reduzir os resíduos tóxicos e o consumo de energia na fabricação de produtos farmacêuticos. Estes benefícios ambientais são cada vez mais importantes à medida que a indústria química trabalha para reduzir o seu impacto ambiental.

Inspirado pela pesquisa em química sustentável

Vahey trabalha no grupo de pesquisa liderado pelo professor Erwin Reisner em Cambridge. A equipe de Reisner é conhecida por desenvolver sistemas químicos inspirados na fotossíntese. A sua investigação explora formas de utilizar a luz solar para converter resíduos, água e dióxido de carbono, gás com efeito de estufa, em produtos químicos e combustíveis úteis.

Reisner, professor de Energia e Sustentabilidade no Departamento de Química Yusuf Hamied e principal autor do estudo, disse que a importância do trabalho reside na expansão do que os químicos podem alcançar em condições práticas, ao mesmo tempo que avançam em direção a técnicas de fabricação mais ecológicas.

“Esta é uma nova maneira de fazer uma ligação carbono-carbono fundamental e é por isso que o impacto potencial é tão grande. Isso também significa que os químicos podem evitar um processo indesejável e ineficiente de modificação de medicamentos.”

Os pesquisadores testaram a reação em uma ampla gama de moléculas semelhantes a medicamentos e mostraram que ela também poderia ser adaptada para sistemas de fluxo contínuo comumente usados ​​na produção química industrial. A colaboração com a AstraZeneca ajudou a avaliar se a técnica poderia satisfazer os requisitos práticos e ambientais da produção farmacêutica em grande escala.

“A transição da indústria química para uma indústria sustentável é sem dúvida uma das partes mais difíceis de toda a transição energética”, explicou Reisner.

Avanço emerge de uma experiência fracassada

A descoberta começou com um resultado laboratorial inesperado, semelhante a muitas descobertas científicas famosas, incluindo raios X, penicilina, Viagra e medicamentos modernos para perda de peso.

“Fracasso após fracasso, então encontramos algo que não esperávamos na bagunça – um verdadeiro diamante bruto. E tudo isso graças a um experimento de controle fracassado”, disse Vahey.

Ele estava testando um fotocatalisador quando o removeu durante um experimento de controle e descobriu que a reação funcionava tão bem e às vezes até melhor sem ele.

A princípio, o produto incomum parecia ser um erro. Em vez de ignorá-lo, os pesquisadores optaram por investigar mais a fundo. Segundo Reisner, reconhecer a importância dos resultados inesperados é uma parte importante da descoberta científica.

“Reconhecer o valor do inesperado é provavelmente uma das principais características de um cientista de sucesso”, disse ele.

IA ajuda a prever novas reações químicas

“Geramos enormes quantidades de dados e cada vez mais usamos a inteligência artificial para ajudar a analisá-los. Temos um algoritmo que pode prever a reatividade. A IA ajuda porque não precisamos de químicos para fazer tentativas e erros intermináveis, mas um algoritmo apenas seguirá as regras que lhe foram dadas. Ainda é preciso um ser humano para olhar para algo que parece errado e perguntar se pode realmente ser algo novo.”

Neste caso, Vahey reconheceu a importância potencial do resultado inesperado e explorou-o mais a fundo.

“David poderia ter descartado isso como uma falha no controle”, disse Reisner. “Em vez disso, ele parou e pensou sobre o que estava vendo. Nesse momento, escolhendo investigar em vez de ignorar, é onde a descoberta acontece.”

Depois de descobrir a química por trás da reação, a equipe introduziu modelos de aprendizado de máquina desenvolvidos com o Trinity College Dublin para prever onde a reação ocorreria em moléculas inteiramente novas que nunca haviam sido testadas em laboratório.

Ao aprender padrões de reações químicas conhecidas, o sistema de IA pode simular resultados possíveis antes da realização dos experimentos. Isto permite aos investigadores identificar moléculas promissoras mais rapidamente e com muito menos tentativas e erros.

Para Vahey, a descoberta proporciona aos cientistas uma nova e valiosa capacidade para descoberta e desenvolvimento de medicamentos.

Ele disse: “O que a indústria e outros pesquisadores farão a seguir – é aí que reside o impacto futuro. Para nós, o laboratório é principalmente dias ruins. Os dias bons são dias muito bons.”

Reisner acrescentou: “Como químico, você só precisa de um ou dois dias bons por ano – e esses dias podem vir de um experimento fracassado”.

10 famosas descobertas científicas acidentais 1. Raios X (1895)

Wilhelm Conrad Röntgen descobriu os raios X enquanto estudava correntes elétricas fluindo através de tubos de vidro. Ele notou que uma tela próxima começou a brilhar inesperadamente, revelando um novo tipo de radiação que permitia aos médicos ver o interior do corpo humano sem cirurgia.

2. Radioatividade (1898)

Marie Curie observou que certos minerais de urânio produziam muito mais radiação do que o urânio sozinho poderia explicar. Esta descoberta surpreendente levou à descoberta do polônio e do rádio e ajudou a estabelecer o campo da física e da química nuclear.

3. Borracha vulcanizada (1839)

Charles Goodyear descobriu a vulcanização quando uma mistura de borracha natural e enxofre caiu acidentalmente em uma superfície quente. Em vez de derreter, a borracha tornou-se forte e elástica. O processo tornou a borracha prática para usos industriais e eventualmente possibilitou o desenvolvimento de pneus e muitos outros produtos.

4. Penicilina (1928)

Alexander Fleming descobriu a penicilina depois que o mofo contaminou acidentalmente uma placa de laboratório e matou as bactérias circundantes. A descoberta levou ao primeiro antibiótico amplamente utilizado e transformou a medicina moderna.

5. Teflon (1938)

O químico Roy Plunkett criou acidentalmente o Teflon enquanto fazia experiências com gases refrigerantes. O material inesperado mostrou-se extremamente escorregadio e resistente ao calor e mais tarde tornou-se amplamente utilizado em panelas antiaderentes e em aplicações industriais.

6. Super cola (1942)

Harry Coover estava tentando desenvolver plásticos transparentes quando, em vez disso, criou uma substância que se ligava instantaneamente a quase qualquer superfície. Mais tarde comercializada como supercola, tornou-se amplamente utilizada em residências, manufaturas e medicamentos.

7. LSD (1943)

O químico suíço Albert Hofmann absorveu acidentalmente uma pequena quantidade de um composto que sintetizou e experimentou seus poderosos efeitos psicológicos. A substância, dietilamida do ácido lisérgico (LSD), mais tarde desempenhou um papel importante na pesquisa em neurociência e tornou-se controversa na cultura popular.

8. Pulsares (1967)

A estudante de pós-graduação Jocelyn Bell Burnell notou a repetição de sinais de rádio enquanto analisava dados do telescópio. Inicialmente considerados como interferência, os sinais revelaram-se a primeira evidência de pulsares, estrelas de neutrões em rotação rápida que abriram um novo campo da astrofísica.

9. Viagra (década de 1990)

Pesquisadores da Pfizer estavam estudando um medicamento destinado ao tratamento da angina quando os participantes relataram um efeito colateral inesperado. O composto foi posteriormente desenvolvido como Viagra e agora é amplamente prescrito para disfunção erétil.

10. Injeções para perda de peso (2021)

Cientistas que desenvolvem tratamentos para diabetes tipo 2 descobriram que medicamentos que imitam o hormônio GLP-1 também causam perda significativa de peso. Medicamentos como o Ozempic e o Mounjaro, originalmente criados para a diabetes, foram posteriormente desenvolvidos para tratar a obesidade, marcando uma grande mudança nas abordagens ao controlo do peso.