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Un equipo internacional de investigadores, entre ellos el Prof. Max García-Melchor, jefe del grupo de Modelización atomística y molecular para la catálisis en CIC energiGUNE e Ikerbasque Research Professor, ha contribuido al desarrollo de una nueva reacción química impulsada por luz que permite modificar moléculas complejas de fármacos de forma más eficiente y sostenible.
El trabajo, publicado en Nature Synthesis, describe una reacción que el equipo denomina “anti-Friedel–Crafts”, una nueva forma de crear enlaces carbono–carbono —uno de los procesos fundamentales de la química orgánica— bajo condiciones suaves y sin necesidad de catalizadores de metales preciosos ni reactivos tóxicos.
La investigación ha sido liderada por la Universidad de Cambridge, con la participación de investigadores de Trinity College Dublin, CIC energiGUNE y la compañía farmacéutica AstraZeneca.
En la química tradicional, las reacciones de tipo Friedel–Crafts utilizan productos químicos fuertes o catalizadores metálicos bajo condiciones experimentales agresivas. Como resultado, estas reacciones solo pueden utilizarse normalmente en las primeras etapas de la síntesis de un fármaco, lo que obliga posteriormente a realizar numerosos pasos químicos adicionales para reconstruir la molécula final.
El nuevo enfoque desarrollado por el equipo internacional invierte este patrón, permitiendo modificar moléculas de fármacos en las fases finales de su desarrollo.
En lugar de utilizar catalizadores de metales pesados, la reacción se activa mediante luz procedente de una lámpara LED a temperatura ambiente. Una vez activada, desencadena un proceso en cadena autosostenido que permite formar nuevos enlaces carbono–carbono en condiciones suaves y sin necesidad de productos químicos tóxicos o costosos.
En términos prácticos, esto significa que los químicos pueden introducir modificaciones específicas en moléculas complejas sin tener que desmontarlas y reconstruirlas desde cero, un proceso que en muchos casos puede llevar meses.
La reacción es altamente selectiva, lo que permite modificar una parte concreta de una molécula sin alterar otras regiones sensibles, lo que los químicos denominan alta tolerancia a grupos funcionales. Esta característica resulta especialmente importante en el desarrollo de medicamentos, donde incluso pequeños cambios estructurales pueden influir significativamente en la eficacia de un fármaco, en su comportamiento en el organismo o en los posibles efectos secundarios.
Al reducir el número de pasos necesarios en la síntesis química, el método también podría disminuir el consumo energético, reducir los residuos químicos tóxicos y acelerar el desarrollo de nuevos medicamentos.
El estudio combina experimentación química con modelización teórica avanzada y herramientas de inteligencia artificial para comprender el mecanismo de la reacción y predecir en qué posiciones es probable que se produzca en moléculas complejas, ayudando a orientar futuros experimentos y acelerar la exploración de nuevos candidatos a fármacos.
Estas aportaciones teóricas han sido lideradas por el Prof. Max García-Melchor y su equipo en CIC energiGUNE, en estrecha colaboración con Trinity College Dublin.
“Comprender por qué funciona esta reacción y predecir dónde puede producirse en moléculas complejas ha requerido combinar química experimental con modelización computacional avanzada”, explica el Prof. Max García-Melchor. “Nuestro trabajo ayuda a revelar el mecanismo de esta transformación y demuestra cómo la teoría y el aprendizaje automático pueden guiar el descubrimiento y desarrollo de nuevas reacciones químicas”.
El avance surgió de forma inesperada durante un experimento de control. Los investigadores estaban probando un fotocatalizador cuando lo retiraron como parte de la prueba y comprobaron que la reacción funcionaba igual de bien —e incluso mejor— sin él.
Lo que inicialmente parecía un error experimental terminó revelando un nuevo mecanismo químico. A lo largo de la historia de la ciencia, algunos de los descubrimientos más importantes —desde la penicilina hasta los rayos X— también surgieron a partir de observaciones inesperadas.
En este caso, lo que parecía un experimento fallido reveló una nueva herramienta química con potencial para transformar la forma en que se diseñan y fabrican los medicamentos, con importantes implicaciones para una industria farmacéutica que busca procesos cada vez más eficientes y sostenibles.
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