A importância do prêmio nobel para os catalisadores

Ganhadores do prêmio nobel de Química 2021

Benjamin List e David MacMillan desenvolveram separadamente um novo tipo de catálise na década de 1990. A técnica – chamada de organocatálise assimétrica – é amplamente usada hoje para a produção de medicamentos e outros produtos químicos. Crucialmente, os catalisadores que o par desenvolveu podem distinguir a esquerda da direita, sintetizando moléculas que são diferentes de sua imagem no espelho.

Isomeros
Isomeros que são imagens especulares um do outro

Para começar a explicar a importância de ser catalisadores que possibilitam a síntese de reagentes assimétricos, iremos usar alguns exemplos. O motivo pelo qual o ibuprofeno trata as dores de cabeça e o sorvete tem um sabor doce é que seus componentes químicos se encaixam perfeitamente em certos receptores do corpo. Quanto melhor um fármaco ou molécula de sabor se ajustar ao seu receptor correspondente, mais eficaz será o medicamento ou mais saboroso será o tratamento.

Mas uma peculiaridade interessante da natureza é que muitas moléculas podem vir em duas versões – uma versão destra e uma versão canhota – e os receptores em seu corpo devem corresponder à destreza de uma molécula para se encaixar corretamente. Uma luva canhota não cabe na sua mão direita.

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Então, como os químicos fazem a versão correta de uma molécula para que as drogas funcionem conforme o esperado?

Eles desenvolveram um novo tipo simples de catalisador – chamados organocatalisadores assimétricos. Esses catalisadores são capazes de produzir moléculas com eficiência com uma orientação 3-D particular e permitiram que os químicos descobrissem e fabricassem drogas seguras e eficazes.

O que é um catalisador assimétrico?

Catalisadores são as ferramentas que tanto a natureza quanto os químicos usam para construir moléculas complexas. Eles atuam diminuindo a quantidade de energia necessária para que uma reação química ocorra. Os químicos usam catalisadores para produzir grandes quantidades de moléculas complexas que, de outra forma, seriam difíceis de fabricar de maneira eficiente, ou mesmo de fazer.

Normalmente, as reações químicas produzem uma quantidade igual de moléculas destras e canhotas. Catalisadores assimétricos são catalisadores que produzem moléculas seletivamente com uma orientação ou outra.

Como a natureza faz moléculas assimétricas?

Receptores biológicos – estruturas nas células que recebem sinais químicos – geralmente se ligam apenas a uma versão de uma molécula. Assim, a natureza dominou como fazer moléculas seletivamente usando enzimas grandes e complexas, quase como fábricas. Esses elaborados catalisadores de enzimas geralmente são feitos de milhares de aminoácidos e montam blocos de construção químicos na orientação correta para a esquerda ou para a direita. Esta bela estratégia é o produto de milhões de anos de evolução e funciona muito bem em organismos vivos.

O problema quando se trata de usar enzimas para produzir medicamentos é que elas geralmente são 10.000 vezes maiores do que o medicamento-alvo real e podem levar o mesmo tempo para serem fabricadas.

Organocatalisadores assimétricos

Benjamin List e David MacMillan desenvolveram, cada um, um tipo de catalisador orgânico, ou baseado em carbono, feito de um único aminoácido que pode produzir moléculas complexas com uma única mão. Em vez de usar metais tóxicos ou fábricas moleculares inteiras, os cientistas agora podem usar um único aminoácido para produzir medicamentos específicos.

No início de 2000, Benjamin List relatou que um único aminoácido, a prolina, poderia imitar com eficácia uma enzima inteira que realiza a reação aldólica, uma reação química formadora de ligações essenciais. Naquele mesmo ano, David MacMillan mostrou que vários aminoácidos modificados diferentes poderiam promover assimetricamente a reação de Diels-Alder, outra reação importante que forma ligações. Além disso, David MacMillan usou pela primeira vez o termo “organocatalisador”.

Então, como funcionam os organocatalisadores?

Existem agora muitos tipos diferentes de organocatalisadores assimétricos, mas o tipo iniciou o seu uso são frequentemente aminoácidos circulares que mantêm blocos de construção químicos em uma forma 3D específica durante uma reação química. Em uma dança coreografada em três partes, os catalisadores primeiro fazem uma forte ligação com um bloco de construção do produto desejado, orientam-no para a formação da ligação e, em seguida, liberam-no após a ocorrência da reação química.

Organocatalisador
Exemplo de organocatalisador. Fonte: Comptes Rendus Chemie

A forma circular dos catalisadores costuma ser essencial. Benjamin List usou o único aminoácido em forma de anel de ocorrência natural, a prolina, como seu catalisador. David MacMillan, por outro lado, amarrou os aminoácidos em um anel que força as reações químicas a produzirem apenas moléculas com uma orientação.

A importância da descoberta dos organocatalisadores

As técnicas dos dois ganhadores do prêmio Noble levaram à criação de milhares de novos catalisadores e reações químicas que podem produzir medicamentos de forma mais barata e eficiente do que antes. A capacidade de construir tantas moléculas com uma abordagem tão simples e eficaz revolucionou a química medicinal. Hoje, os organocatalisadores são frequentemente usados para fazer muitos tipos de medicamentos que tratam uma ampla gama de doenças, incluindo câncer, diabetes, HIV e muitos mais.

 Fonte:

Nature

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