Toutes les molécules peuvent entrer à droite. –versions pour gauchers ou pour gauchers qui sont des miroirs opposés les uns des autres mais pas identiques. construire des molécules complexes. Ils fonctionnent en réduisant la quantité d'énergie nécessaire pour qu'une réaction chimique se produise. Les chimistes utilisent des catalyseurs pour produire de grandes quantités de molécules complexes qui seraient autrement difficiles à fabriquer efficacement, voire pas du tout. Normalement, les réactions chimiques produisent une quantité égale de molécules gauchers et droitiers. Les catalyseurs asymétriques sont des catalyseurs qui produisent sélectivement des molécules avec une orientation ou une autre.
Il y a vingt ans, les chimistes qui ont inventé les catalyseurs asymétriques ont remporté le Prix Nobel de chimie 2001 . Mais les catalyseurs qu'ils ont inventés utilisent des métaux précieux qui peuvent être coûteux et toxiques. Ils sont également sensibles à l'air et à l'eau. Depuis lors, les scientifiques utilisent ces catalyseurs asymétriques à base de métal, mais il faut faire très attention au recyclage ou à l'élimination de ces métaux parfois toxiques des nombreux médicaments qu'ils sont utilisés pour créer.
La biologie utilise des molécules incroyablement complexes, comme ce modèle d'enzyme, pour produire des produits spécifiques. Astrojan via WikimediaCommons CC BY-SA Comment la nature rend asymétrique molécules ? Les récepteurs biologiques – des structures sur les cellules qui reçoivent des signaux chimiques – ne se lient souvent qu'à une seule version d'une molécule. Ainsi, la nature a maîtrisé la façon de fabriquer des molécules de manière sélective en utilisant de grandes enzymes complexes, presque semblables à celles d'une usine. Ces catalyseurs enzymatiques élaborés sont souvent constitués de milliers d'acides aminés et assemblent des blocs de construction chimiques dans la bonne orientation gauche ou droite. Cette belle stratégie est le produit de millions d'années d'évolution et fonctionne très bien dans les organismes vivants.
Le problème lorsqu'il s'agit d'utiliser des enzymes pour produire des médicaments est qu'elles sont souvent 10 000 fois plus grosses que le médicament cible réel et peuvent prendre autant de temps à fabriquer. En fait, le prix Nobel de chimie 2018 a reconnu séparément les scientifiques qui ont développé un moyen de fabriquer plus facilement des catalyseurs enzymatiques . Malgré ces progrès, la fabrication de ces grandes enzymes n'est pas encore pratique pour les chimistes médicinaux en laboratoire.
Organocatalyseurs asymétriques : outils à main faisant le travail d'une usine MacMillan et Ben ont chacun développé un type de catalyseur organique, ou à base de carbone, fabriqué à partir d'un seul acide aminé qui peut produire des molécules complexes d'une seule main. Au lieu d'utiliser des métaux toxiques ou des usines moléculaires entières, les scientifiques peuvent désormais utiliser des acides aminés uniques pour produire des médicaments spécifiques. enzyme qui effectue la réaction aldol une réaction chimique essentielle de formation de liaisons. Cette même année, MacMillan a montré que plusieurs acides aminés modifiés différents pouvaient favoriser de manière asymétrique la réaction de Diels-Alder une autre réaction importante qui forme des liaisons. Dans cet article fondateur, MacMillan a inventé le terme « organocatalyseur ».
Alors, comment fonctionnent les organocatalyseurs ?
blocs de construction dans une forme 3D particulière au cours d'une réaction chimique. Dans une danse en trois parties chorégraphiée, les catalyseurs établissent d'abord une forte liaison avec un élément constitutif du produit final souhaité, l'orientent pour la formation de la liaison, puis le libèrent une fois que la réaction chimique s'est produite.
La forme circulaire des catalyseurs est souvent essentielle. List a utilisé le seul acide aminé en forme d'anneau naturel, la proline, comme catalyseur. MacMillan, d'autre part, a lié les acides aminés dans un anneau qui force les réactions chimiques à produire uniquement des molécules avec une seule orientation.
Les organocatalyseurs asymétriques sont déjà utilisés pour produire de nombreux types. Olena Ruban/Moment via Getty Images qui peuvent produire des médicaments à moindre coût et plus efficacement qu'auparavant. La capacité de construire autant de molécules avec une approche aussi simple et efficace a révolutionné la chimie médicinale. Aujourd'hui, les organocatalyseurs sont fréquemment utilisés pour fabriquer de nombreux types de médicaments qui traitent un large éventail de maladies y compris le cancer, le diabète, le VIH et bien d'autres.
Au moment où j'ai rejoint le laboratoire de MacMillan en 2006, nous s'appuyaient sur ces découvertes et les fusionnaient avec de nouvelles technologies pour créer de tout nouveaux types de médicaments . Les dizaines de scientifiques amusants et créatifs avec qui j'ai travaillé là-bas ont montré qu'il est possible d'utiliser la découverte de MacMillan pour inventer des centaines de nouvelles réactions chimiques.
J'ai demandé une fois à MacMillan pourquoi il pensait que sa découverte avait eu un tel impact sur la médecine. Sa réponse était que les acides aminés sont des matériaux bon marché et durables et sont beaucoup plus pratiques à utiliser que les catalyseurs métalliques sensibles à l'air et à l'eau. Cela signifie que les gens n'ont pas besoin de gros budgets ou d'équipements sophistiqués pour utiliser cette technologie et fabriquer de nouveaux médicaments. Les chimistes du monde entier – des pays pauvres comme des pays riches – peuvent s'appuyer sur la technologie.
Je suis toujours tout à fait d'accord pour dire que c'est pourquoi les organocatalyseurs ont été si rapidement et si largement utilisés. Recevez nos meilleurs articles sur la science, la santé et la technologie. Inscrivez-vous à la newsletter scientifique de The Conversation .]
Cet article est republié à partir de The Conversation un site d'actualités à but non lucratif dédié au partage d'idées. d'experts universitaires. Il a été écrit par : David Nagib The Ohio State University .
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David Nagib reçoit un financement des National Institutes of Health, National Science Foundation, Eli Lilly et la Fondation de recherche Sloan. MacMillan était son directeur de thèse de 2006 à 2011.