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Inspirando-se em enzimas, químicos da University of Illinois Urbana-Champaign desenvolveram um catalisador para simplificar a síntese de éteres, componentes funcionais essenciais de muitos medicamentos, alimentos, itens de cuidados pessoais e outros bens de consumo. O catalisador coloca os dois ingredientes químicos na proximidade e posição corretas para se unirem, ignorando a necessidade das etapas e quantidades exigidas sob protocolos de síntese padrão.
Liderados pela professora de química da Universidade de Illinois, M. Christina White, os pesquisadores publicaram suas descobertas no periódico Ciência.
“Éteres são moléculas muito importantes — eles estão em tudo — e nossa abordagem realmente simplifica o processo para fazê-los, assim como nos permite fazer éteres que não podíamos antes”, disse White. “Nós sempre somos inspirados pela natureza. As enzimas nos mostraram a maneira como poderíamos fazer essas reações melhor, mais simples e mais eficientemente.”
O par ideal de ingredientes para fazer um éter é um álcool e um hidrocarboneto chamado alceno, mas eles não reagirão sozinhos se misturados, disse o estudante de pós-graduação Sven Kaster, o primeiro autor do estudo. O protocolo do livro didático envolve extrair um próton do álcool, o que o torna reativo, mas resulta em um coquetel misto de produtos dos quais o éter desejado deve ser extraído. Também requer grandes quantidades dos ingredientes para produzir éter suficiente para ser útil, o que não é prático para componentes complexos e valiosos.
“Nós adotamos uma abordagem diferente para resolver o problema”, disse Kaster. “Não queríamos ativar o álcool, e não queríamos ter que usar grandes quantidades dos parceiros de reação.”
Os pesquisadores desenvolveram catalisadores de pequenas moléculas automontáveis contendo o metal paládio que pode quebrar uma ligação entre carbono e hidrogênio em um alceno para fazê-lo reagir com álcool. Eles apelidaram os catalisadores de SOX. No entanto, apenas tornar os alcenos reativos não foi o suficiente para produzir os éteres que os pesquisadores queriam.
Eles se voltaram para a biologia em busca de inspiração, observando como as enzimas catalisam reações complexas na natureza: colocando os parceiros de reação próximos e na orientação correta para reagir, disse White. Eles produziram uma versão do catalisador SOX, Sven-SOX, com geometria e propriedades eletrônicas específicas para que o alceno ativado e o álcool se alinhassem perfeitamente para produzir os éteres desejados.
“É como se, se duas pessoas quisessem dar as mãos, elas tivessem que estar próximas. Mas para fazer isso confortavelmente, elas também tinham que estar viradas para o lado certo”, disse White. “Nós juntamos essas duas funções, proximidade e posição, e meio que construímos nossa própria ‘enzima’ automontadora, mas com componentes simples.”
O catalisador Sven-SOX trabalhou em um amplo espectro de reações geradoras de éter. Os pesquisadores produziram mais de 130 éteres, incluindo os complexos e volumosos que até agora têm sido desafiadores de produzir por outros meios.
“A principal vantagem da nossa abordagem é a generalidade. Podemos fazer muitos éteres que não foram feitos antes, que podem ter funções novas ou úteis”, disse Kaster. “Podemos fazer éteres com componentes que são muito volumosos e normalmente difíceis de juntar. Nossa reação também tem condições muito brandas e, por isso, podemos tolerar grupos muito sensíveis que normalmente, sob o método do livro didático, passariam por reações que não queremos. Outra vantagem é que fazemos esses éteres de forma mais eficiente, usando menos material e menos etapas. É um procedimento que um aluno do ensino fundamental poderia fazer.”
Em seguida, os pesquisadores planejam explorar outros catalisadores de moléculas pequenas que podem ter características semelhantes às de enzimas para fazer outras classes de produtos químicos. Eles também continuarão a explorar reações de éter e como otimizá-las.
“Isso realmente destaca a importância da ciência básica e o poder de pequenas moléculas de atuar como uma enzima”, disse White. “Este trabalho nos mostrou como pensar em projetar tais catalisadores no futuro e fazer uso das ferramentas que as enzimas usam na natureza. Queremos incorporar isso ao futuro design de catalisadores para resolver problemas importantes em química, medicina e indústria.”
O Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais dos Institutos Nacionais de Saúde apoiou este trabalho.
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