Uma colaboração química levou a uma maneira criativa de colocar o dióxido de carbono em bom — e até saudável — uso: incorporando-o, via eletrossíntese, em uma série de moléculas orgânicas que são vitais para o desenvolvimento farmacêutico.

No processo, a equipe de pesquisa fez uma descoberta inovadora. Ao mudar o tipo de reator eletroquímico, eles poderiam produzir dois produtos completamente diferentes, ambos úteis na química medicinal .

O artigo da equipe, "Electrochemical Reactor Dictates Site Selectivity in N-Heteroarene Carboxylations", publicado em 5 de janeiro na Nature . Os coautores principais do artigo são os pesquisadores de pós-doutorado Peng Yu e Wen Zhang e Guo-Quan Sun, da Universidade de Sichuan, na China.

A equipe de Cornell, liderada por Song Lin, professor de química e biologia química na Faculdade de Artes e Ciências, já havia usado o processo de eletroquímica para unir moléculas de carbono simples e formar compostos complexos, eliminando a necessidade de metais preciosos ou outros catalisadores. para promover a reação química.

Para o novo projeto, eles visam um alvo mais específico: piridina , o segundo heterociclo mais prevalente em medicamentos aprovados pela FDA. Os heterociclos são compostos orgânicos nos quais os átomos das moléculas estão ligados em estruturas de anel, pelo menos um dos quais não é carbono. Essas unidades estruturais são consideradas "farmacóforos" por sua presença frequente em compostos ativos medicinalmente. Eles também são comumente encontrados em agroquímicos.

O objetivo dos pesquisadores era fazer piridinas carboxiladas, ou seja, piridinas com dióxido de carbono anexado a elas. A vantagem de introduzir dióxido de carbono em um anel de piridina é que ele pode alterar a funcionalidade de uma molécula e potencialmente ajudá-la a se ligar a certos alvos, como proteínas. No entanto, as duas moléculas não são parceiras naturais. A piridina é uma molécula reativa, enquanto o dióxido de carbono é geralmente inerte.

"Existem poucas maneiras de introduzir dióxido de carbono diretamente em uma piridina", disse Lin, coautor sênior do artigo, junto com Da-Gang Yu, da Universidade de Sichuan. "Os métodos atuais têm limitações muito severas."

O laboratório de Lin combinou sua experiência em eletroquímica com a especialização do grupo de Yu na utilização de dióxido de carbono em síntese orgânica, e eles foram capazes de criar piridinas carboxiladas com sucesso.

"A eletroquímica dá a você essa alavanca para discar o potencial que é suficiente para ativar até mesmo algumas das moléculas mais inertes", disse Lin. "Foi assim que conseguimos essa reação."

A descoberta fortuita da equipe surgiu enquanto eles conduziam a eletrossíntese. Os químicos normalmente executam uma reação eletroquímica de duas maneiras: em uma célula eletroquímica não dividida (na qual o ânodo e o cátodo que fornecem a corrente elétrica estão na mesma solução) ou em uma célula eletroquímica dividida (na qual o ânodo e o cátodo são separados por um divisor poroso que bloqueia grandes moléculas orgânicas, mas permite a passagem de íons). Uma abordagem pode ser mais eficiente que a outra, mas ambas produzem o mesmo produto.

O grupo de Lin descobriu que, ao mudar de uma célula dividida para uma célula não dividida, eles poderiam ligar seletivamente a molécula de dióxido de carbono em diferentes posições do anel de piridina, criando dois produtos diferentes: C4-carboxilação na célula não dividida e C5-carboxilação na célula dividida.

"Esta é a primeira vez que descobrimos que simplesmente mudando a célula, o que chamamos de reator eletroquímico, você muda completamente o produto", disse Lin. "Acho que a compreensão mecanicista de por que isso aconteceu nos permitirá continuar aplicando a mesma estratégia a outras moléculas, não apenas piridinas, e talvez fazer outras moléculas dessa maneira seletiva, mas controlada. Acho que é um princípio geral que pode ser generalizado para outros sistemas."

Embora a forma de utilização do dióxido de carbono do projeto não vá resolver o desafio global da mudança climática, Lin disse, "é um pequeno passo para usar o excesso de dióxido de carbono de uma maneira útil".

Os coautores incluíram o pesquisador de pós-doutorado Yi Wang e o estudante de doutorado Zhipeng Lu; e pesquisadores da Universidade de Sichuan.