Moléculas espejo sintetizadas en este estudio, que presentan un carbono asimétrico (gris) completamente sustituido por átomos de oxígeno (rojo). Los átomos de hidrógeno están en blanco. © Pierrick Berruyer
¿Se puede imaginar que una molécula pueda salvar vidas pero que su "gemela" sea un veneno mortal? Por sorprendente que parezca, esta realidad química se conoce como "quiralidad".
Como una mano derecha y una mano izquierda, dos moléculas pueden tener la misma composición, pero una forma y una imagen diferentes en el espacio. Esta diferencia puede cambiarlo todo. La comprensión y el control de este fenómeno son cruciales para el diseño de medicamentos. Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en colaboración con la Universidad de Pisa, ha desarrollado una nueva familia de moléculas quirales con una estabilidad notable. Este trabajo abre nuevas perspectivas para el diseño de medicamentos con geometría controlada. Se publica en el Journal of the American Chemical Society.
Una molécula, o cualquier objeto, es quiral si no puede superponerse a su imagen especular mediante ninguna combinación de rotaciones, traslaciones o cambios geométricos. Algo así como nuestras dos manos, que parecen idénticas pero que no se pueden superponer cuando las miramos por el dorso o por la palma. Esta asimetría molecular universal obliga a los químicos a diseñar moléculas quirales capaces de interactuar de manera precisa con los sistemas vivos.
Esta nueva forma de organizar el espacio molecular abre un grado completamente nuevo de libertad e imaginación en la síntesis química.
Dentro de una molécula, la quiralidad a menudo nace de la presencia de uno o más centros de asimetría, llamados centros estereogénicos. A menudo están constituidos por un átomo de carbono central, unido a su vez a cuatro grupos o cadenas de átomos diferentes, la mayoría de las veces también de carbono. El grupo de Jérôme Lacour, profesor ordinario del Departamento de Química Orgánica de la Sección de Química y Bioquímica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, ha creado un nuevo tipo de centro estereogénico. Esta vez, el átomo de carbono central no está rodeado de cadenas de carbono o hidrógeno, sino únicamente de átomos de oxígeno y nitrógeno. Una primicia en el campo de la química.
"Las moléculas que poseen este nuevo tipo de centro estereogénico nunca antes habían sido aisladas en forma tridimensional estable. Su síntesis y caracterización marcan un avance conceptual y experimental importante", explica Jérôme Lacour.
Una estabilidad fuera de lo común
La estabilidad de las moléculas quirales es un parámetro particularmente importante. De hecho, las parejas de moléculas espejo son muy cercanas estructuralmente y, en muchos casos, el paso espontáneo de una a otra es posible, por ejemplo, bajo el efecto de la temperatura. Como si una mano izquierda se transformara de repente en una mano derecha. ¡Así se podría pasar de un medicamento a una molécula inactiva, o incluso tóxica! Las nuevas estructuras moleculares desarrolladas por el equipo de la UNIGE presentan una estabilidad quiral excepcional, es decir, el paso de una molécula a su hermana espejo es particularmente difícil para que ocurra espontáneamente.
Olivier Viudes, doctorando y primer autor del estudio, explica: "Gracias a técnicas de cromatografía dinámica y cálculos de química cuántica, los científicos han demostrado que, para una de las moléculas desarrolladas, se necesitarían 84.000 años a temperatura ambiente para que la mitad de una muestra se transforme en su molécula espejo". Para un medicamento, una duración de estabilidad tan larga garantiza un almacenamiento seguro, sin necesidad de condiciones específicas. Para la segunda molécula, esta duración se estimó en 227 días a 25 °C.
Los nuevos centros estereogénicos desarrollados por el equipo ginebrino deberían permitir el diseño de moléculas quirales tridimensionales, estables y controladas. Estas estructuras abren nuevas posibilidades para el diseño de medicamentos, o incluso la creación de nuevos materiales. "Estos centros estereogénicos de un nuevo tipo ofrecen una nueva forma de organizar el espacio molecular. Abren un grado completamente nuevo de libertad e imaginación en la síntesis química", concluye Gennaro Pescitelli, profesor de la Universidad de Pisa e investigador principal conjunto de este artículo.