Dal MIT un nuovo catalizzatore per la metatesi delle olefine

In enigmistica la metatesi o spostamento è il gioco in cui una lettera cambia di posizione, un semplice anagramma i cui risultati, a volte possono essere molto curiosi: piazza può così trasformarsi in pazzia, anima in mania. Per la chimica la definizione è sostanzialmente la stessa ma in questo caso le lettere possono essere gruppi alchilici che compongono le molecole. La metatesi ( letteralmente dal greco: cambio di posizione) olefinica è una particolare metodologia di sintesi con la quale è possibile, con l’uso di catalizzatori, far reagire le olefine, molecole contenenti uno o più doppi legami carbonio-carbonio, scambiando i gruppi chimici legati ai doppi legami per ottenere nuove molecole. Per rappresentare schematicamente la metatesi di un’olefina si può considerare una molecola organica con doppio legame carbonio-carbonio in cui tali atomi cambiano partner per formare due nuove olefine come mostra la figura:

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Per rappresentare schematicamente la metatesi di un’olefina si può considerare una molecola organica con doppio legame carbonio-carbonio in cui tali atomi cambiano partner per formare due nuove olefine.

La reazione di metatesi fu scoperta intorno agli anni ’60 grazie ai lavori, fra gli altri dell’italiano Giulio  Natta premio Nobel della Chimica nel 1963. Dopo Natta diversi sono stati gli scienziati che hanno, in varia misura, contribuito con i loro esperimenti ad identificare gli steps e le condizioni utili per la reazione di metatesi. Grazie agli sforzi indipendenti, ma fondamentali di Chauvin e successivamente di Schrock e Grubbs, si riuscirono a raccogliere evidenze e prove sperimentali per ipotizzare il meccanismo della reazione e il catalizzatore adatto. Per questa scoperta tali scienziati vinsero il premio Nobel per la Chimica nel 2005 a causa degli immensi scenari che si aprivano a fronte della loro ricerca. Si pensi al fatto che l’immensa area della chimica riguardante i composti del carbonio viene denominata “ chimica organica “ perché le grandi molecole biologiche che costituiscono il substrato di ogni essere vivente possiedono uno scheletro costituito da atomi di carbonio. Ne deriva la primaria importanza di poter formare per sintesi opportuni legami tra atomi di carbonio.

Per comprendere a pieno la rilevanza della scoperta basti pensare che dalla sua istituzione sono stati cinque i Nobel per la Chimica assegnati a studiosi di specifiche metodologie sintetiche e tali ricerche riguardavano tutte il legame carbonio-carbonio, la sua formazione e la sua reattività.

Tuttavia, nonostante gli studi fatti, vi era una limitazione nella scoperta in quanto non si riuscivano a controllare i prodotti della reazione che risultavano esibire sia isomeria cis che trans; quest’ultimo isomero si presenta, infatti, fino all’80% nella composizione dei prodotti di reazione ed è difficilissimo isolare i due isomeri.

Recentemente, lo stesso Schrock e il suo collaboratore Amir Hoveyda, ricercatori del Boston College e del Mit hanno sviluppato un catalizzatore stereospecifico che dà, come prodotto di reazione, prevalentemente l’isomero cis che era quello ricercato. Si ritiene, infatti, che la configurazione cis possa esplicare meglio l’interazione con strutture biologiche in qualità di recettore cellulare ed ha una migliore facilità nell’attraversarne la membrana.

Il nuovo catalizzatore orienta una reazione cis a causa delle dimensioni e della forma di un legante legato al metallo di transizione. Questo legante, infatti, è così grande e ingombrante che impedisce a qualunque atomo di carbonio puntare verso di lui inducendo una configurazione cis. Un altro vantaggio nell’uso del catalizzatore a tungsteno è l’economicità del metallo rispetto al rutenio che veniva precedentemente impiegato. In un articolo di novembre 2011 gli scienziati hanno pubblicato le risultanze dei loro esperimenti che hanno portato all’ottenimento di due composti nella forma cis che costituisce l’isomero presente nei molecole di origine naturale e che mostrano significative proprietà farmacologiche nella lotta contro il cancro. Essi si aspettano che con l’ausilio di tale catalizzatore, che contiene tungsteno, si possano ottenere numerosi altri prodotti di interesse dell’isomero desiderato.

Nello studio, gli scienziati, hanno focalizzato la loro attenzione sulla sintesi di macrocicli che contengono grandi anelli di nove o più atomi di carbonio.

Secondo Hoveyda, docente di chimica nel cui laboratorio di chimica organica è stata effettuata la ricerca, tali composti spesso mostrano un’attività biologica che li rende utili come farmaci. Sono stati sintetizzati l’epotilone che si presenta sotto due forme a formula rispettivamente C26H39NO6S e C27H41NO6S, farmaco originariamente isolato da batteri che vivono nel suolo, noti come myxobatteri, che aveva già portato a incoraggianti risultati nella lotta sul cancro e  il nakadomarin che appartiene alla famiglia degli alcaloidi e fu scoperto in una spugna marina con proprietà antimicrobiche oltre che antitumorali. Una delle caratteristiche, infatti delle cellule tumorali, è che esse si dividono senza controllo. Quando una cellula si divide, fili di una proteina elastica attirano i cromosomi appena duplicati verso i due nuovi nuclei in formazione. L’azione esplicata dall’epotilone consiste nel legarsi a questi fili impedendo la duplicazione cellulare.

Entrambi i composti vengono ottenuti tramite 16 steps, l’ultimo dei quali, consiste appunto  in una metatesi che chiude l’anello attraverso la formazione di un doppio legame tra due atomi di carbonio.

Un altro vantaggio del catalizzatore che sfrutta il tungsteno è la maggior economicità rispetto al rutenio, metallo che veniva usato in precedenza.

Ancora una volta la chimica con i suoi migliori ricercatori va incontro alle esigenze dell’umanità con lo scopo, come sempre, di migliorarne la qualità della vita.

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Author: Chimicamo

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