[News] 💊 Lorsque le reflet miroir d'un médicament est un poison, et inversement
Publié : 16/09/2025 - 13:00:03
Une équipe de l'UNIGE et de l'Université de Pise a conçu des assemblages moléculaires étonnamment stables, ouvrant la voie à de nouvelles configurations médicamenteuses et à des matériaux à géométrie contrôlée.
Molécules miroirs synthétisées dans cette étude, présentant un carbone asymétrique (gris) entièrement substitué par des atomes d'oxygène (rouge). Les atomes d'hydrogène sont en blanc. © Pierrick Berruyer
Peut-on imaginer qu'une molécule puisse sauver des vies mais que sa "jumelle" soit un poison mortel ? Aussi surprenante qu'elle puisse paraître, cette réalité chimique est connue sous le nom de "chiralité".
Comme une main droite et une main gauche, deux molécules peuvent avoir la même composition, mais une forme et une image différentes dans l'espace. Cette différence peut tout changer. La compréhension et le contrôle de ce phénomène sont cruciaux pour la conception de médicaments. Une équipe de l'Université de Genève (UNIGE), en collaboration avec l'Université de Pise, a mis au point une nouvelle famille de molécules chirales d'une stabilité remarquable. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour la conception de médicaments à géométrie contrôlée. Ils sont publiés dans le Journal of the American Chemical Society.
Une molécule, ou tout objet, est chirale si elle ne peut être superposée à son image miroir par une combinaison quelconque de rotations, de translations et de changements géométriques. Un peu comme nos deux mains qui semblent identiques mais qu'on ne peut pas superposer quand on les regarde côté dos ou côté paume. Cette asymétrie moléculaire universelle impose aux chimistes de concevoir des molécules chirales capables d'interagir de manière précise avec les systèmes vivants.
Cette nouvelle manière d'organiser l'espace moléculaire ouvre un tout nouveau degré de liberté et d'imagination en synthèse chimique.
Au sein d'une molécule, la chiralité naît souvent de la présence d'un ou plusieurs centres d'asymétrie, appelés centres stéréogènes. Ils sont souvent constitués d'un atome de carbone central, lui-même lié à quatre groupes ou chaînes d'atomes différents, le plus souvent de carbone également. Le groupe de Jérôme Lacour, professeur ordinaire au Département de chimie organique de la Section de chimie et biochimie de la Faculté des sciences de l'UNIGE, a créé un nouveau type de centre stéréogène. Cette fois, l'atome de carbone central n'est pas entouré de chaînes de carbone ou d'hydrogène, mais uniquement d'atomes d'oxygène et d'azote. Une première dans le domaine de la chimie.
"Des molécules possédant ce nouveau type de centre stéréogène n'avaient jamais été isolées sous forme tridimensionnelle stable auparavant. Leur synthèse et leur caractérisation marquent une avancée conceptuelle et expérimentale majeure", explique Jérôme Lacour.
Une stabilité hors norme
La stabilité des molécules chirales est un paramètre particulièrement important. En effet, les couples de molécules miroirs sont très proches structuralement et dans de nombreux cas le passage spontané de l'un à l'autre est possible, par exemple sous l'effet de la température. Comme si une main gauche se transformait subitement en main droite. On pourrait ainsi passer d'un médicament à une molécule inactive, voire toxique ! Les nouvelles structures moléculaires mises au point par l'équipe de l'UNIGE présentent une stabilité chirale exceptionnelle, c'est-à-dire que le passage d'une molécule à sa soeur miroir est particulièrement difficile pour avoir lieu spontanément.
Olivier Viudes, doctorant et premier auteur de l'étude, explique: "grâce à des techniques de chromatographie dynamique et des calculs de chimie quantique, les scientifiques ont montré que, pour une des molécules développées, il faudrait 84 000 ans à température ambiante pour que la moitié d'un échantillon se transforme en sa molécule miroir". Pour un médicament, une telle durée de stabilité garantit un stockage sûr, sans nécessité de conditions spécifiques. Pour la seconde molécule, cette durée a été estimée à 227 jours à 25 °C.
Les nouveaux centres stéréogènes développés par l'équipe genevoise devraient permettre la conception de molécules chirales tridimensionnelles, stables et contrôlées. Ces structures ouvrent de nouvelles possibilités pour la conception de médicaments, ou encore la création de nouveaux matériaux. "Ces centres stéréogènes d'un nouveau genre offrent une nouvelle manière d'organiser l'espace moléculaire. Ils ouvrent un tout nouveau degré de liberté et d'imagination en synthèse chimique", conclut Gennaro Pescitelli, professeur à l'Université de Pise et co-investigateur principal de cet article.
Source: Université de Genève
### TRADUCTION EN ##########################################################################################
When a drug's mirror reflection is a poison, and vice versa
drug, poison, chirality
A team from UNIGE and the University of Pisa has designed surprisingly stable molecular assemblies, paving the way for new drug configurations and materials with controlled geometry.
Mirror molecules synthesized in this study, featuring an asymmetric carbon (gray) fully substituted with oxygen atoms (red). Hydrogen atoms are in white. © Pierrick Berruyer
Can one imagine that a molecule could save lives while its "twin" is a deadly poison? As surprising as it may seem, this chemical reality is known as "chirality".
Like a right hand and a left hand, two molecules can have the same composition but different shapes and images in space. This difference can change everything. Understanding and controlling this phenomenon is crucial for drug design. A team from the University of Geneva (UNIGE), in collaboration with the University of Pisa, has developed a new family of chiral molecules with remarkable stability. This work opens new perspectives for designing drugs with controlled geometry. It is published in the Journal of the American Chemical Society.
A molecule, or any object, is chiral if it cannot be superimposed on its mirror image by any combination of rotations, translations, and geometric changes. Much like our two hands which appear identical but cannot be superimposed when viewed from the back or palm side. This universal molecular asymmetry requires chemists to design chiral molecules capable of interacting precisely with living systems.
This new way of organizing molecular space opens a whole new degree of freedom and imagination in chemical synthesis.
Within a molecule, chirality often arises from the presence of one or more asymmetry centers, called stereogenic centers. They typically consist of a central carbon atom, itself bonded to four different groups or chains of atoms, most often carbon as well. The group of Jérôme Lacour, full professor in the Department of Organic Chemistry of the Section of Chemistry and Biochemistry at the UNIGE Faculty of Science, has created a new type of stereogenic center. This time, the central carbon atom is not surrounded by carbon or hydrogen chains, but solely by oxygen and nitrogen atoms. A first in the field of chemistry.
"Molecules possessing this new type of stereogenic center had never been isolated in stable three-dimensional form before. Their synthesis and characterization mark a major conceptual and experimental advance," explains Jérôme Lacour.
Exceptional stability
The stability of chiral molecules is a particularly important parameter. Indeed, mirror molecule pairs are structurally very similar, and in many cases spontaneous conversion from one to the other is possible, for example under the effect of temperature. As if a left hand suddenly transformed into a right hand. One could thus go from a drug to an inactive, or even toxic molecule! The new molecular structures developed by the UNIGE team exhibit exceptional chiral stability, meaning the conversion from one molecule to its mirror sister is particularly difficult to occur spontaneously.
Olivier Viudes, PhD student and first author of the study, explains: "using dynamic chromatography techniques and quantum chemistry calculations, scientists have shown that for one of the developed molecules, it would take 84,000 years at room temperature for half of a sample to transform into its mirror molecule". For a drug, such stability duration guarantees safe storage without requiring specific conditions. For the second molecule, this duration was estimated at 227 days at 25°C (77°F).
The new stereogenic centers developed by the Geneva team should enable the design of stable and controlled three-dimensional chiral molecules. These structures open new possibilities for drug design, or the creation of new materials. "These new kinds of stereogenic centers offer a new way to organize molecular space. They open a whole new degree of freedom and imagination in chemical synthesis," concludes Gennaro Pescitelli, professor at the University of Pisa and co-principal investigator of this paper.
Source: University of Geneva
### TRADUCTION DE ##########################################################################################
Wenn das Spiegelbild eines Medikaments ein Gift ist und umgekehrt
Medikament, Gift, Chiralität
Ein Team der UNIGE und der Universität Pisa hat erstaunlich stabile molekulare Strukturen entworfen, die den Weg für neue medikamentöse Konfigurationen und Materialien mit kontrollierter Geometrie ebnen.
In dieser Studie synthetisierte Spiegelmoleküle mit einem asymmetrischen Kohlenstoffatom (grau), das vollständig durch Sauerstoffatome (rot) substituiert ist. Die Wasserstoffatome sind weiß dargestellt. © Pierrick Berruyer
Kann man sich vorstellen, dass ein Molekül Leben retten kann, sein "Zwilling" aber ein tödliches Gift ist? So überraschend es scheinen mag, diese chemische Realität ist als "Chiralität" bekannt.
Wie eine rechte und eine linke Hand können zwei Moleküle die gleiche Zusammensetzung haben, aber eine unterschiedliche Form und räumliche Anordnung. Dieser Unterschied kann alles verändern. Das Verständnis und die Kontrolle dieses Phänomens sind entscheidend für die Entwicklung von Medikamenten. Ein Team der Universität Genf (UNIGE) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Pisa eine neue Familie chiraler Moleküle mit bemerkenswerter Stabilität entwickelt. Diese Arbeit eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung von Medikamenten mit kontrollierter Geometrie. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Ein Molekül oder jedes Objekt ist chiral, wenn es nicht durch eine Kombination von Rotationen, Translationen und geometrischen Veränderungen mit seinem Spiegelbild zur Deckung gebracht werden kann. Ähnlich wie unsere beiden Hände, die identisch erscheinen, aber nicht zur Deckung gebracht werden können, wenn man sie von der Handrücken- oder Handflächenseite betrachtet. Diese universelle molekulare Asymmetrie zwingt Chemiker dazu, chirale Moleküle zu entwerfen, die präzise mit lebenden Systemen interagieren können.
Diese neue Art der molekularen Raumorganisation eröffnet einen völlig neuen Grad an Freiheit und Vorstellungskraft in der chemischen Synthese.
Innerhalb eines Moleküls entsteht Chiralität oft durch das Vorhandensein eines oder mehrerer Asymmetriezentren, die als stereogene Zentren bezeichnet werden. Sie bestehen häufig aus einem zentralen Kohlenstoffatom, das selbst mit vier verschiedenen Atomgruppen oder -ketten verbunden ist, meist ebenfalls aus Kohlenstoff. Die Gruppe von Jérôme Lacour, ordentlicher Professor am Departement für Organische Chemie der Sektion für Chemie und Biochemie der Naturwissenschaftlichen Fakultät der UNIGE, hat einen neuen Typ von stereogenem Zentrum geschaffen. Diesmal ist das zentrale Kohlenstoffatom nicht von Kohlenstoff- oder Wasserstoffketten umgeben, sondern ausschließlich von Sauerstoff- und Stickstoffatomen. Eine Premiere auf dem Gebiet der Chemie.
"Moleküle mit diesem neuen Typ von stereogenem Zentrum wurden zuvor noch nie in stabiler dreidimensionaler Form isoliert. Ihre Synthese und Charakterisierung markiert einen bedeutenden konzeptionellen und experimentellen Fortschritt", erklärt Jérôme Lacour.
Eine außergewöhnliche Stabilität
Die Stabilität chiraler Moleküle ist ein besonders wichtiger Parameter. Tatsächlich sind die Paare von Spiegelmolekülen strukturell sehr ähnlich, und in vielen Fällen ist der spontane Übergang von einem zum anderen möglich, beispielsweise unter Temperatureinfluss. Als ob sich eine linke Hand plötzlich in eine rechte Hand verwandeln würde. So könnte man von einem Medikament zu einem inaktiven oder sogar toxischen Molekül gelangen! Die neuen molekularen Strukturen, die vom UNIGE-Team entwickelt wurden, weisen eine außergewöhnliche chirale Stabilität auf, das heißt, der Übergang von einem Molekül zu seinem Spiegelbild-Schwester ist besonders schwierig und erfolgt nicht spontan.
Olivier Viudes, Doktorand und Erstautor der Studie, erklärt: "Mithilfe dynamischer Chromatographietechniken und quantenchemischer Berechnungen haben die Wissenschaftler gezeigt, dass für eines der entwickelten Moleküle bei Raumtemperatur 84.000 Jahre benötigt würden, bis sich die Hälfte einer Probe in ihr Spiegelbild-Molekül umwandelt". Für ein Medikament garantiert eine solche Stabilitätsdauer eine sichere Lagerung ohne die Notwendigkeit spezifischer Bedingungen. Für das zweite Molekül wurde diese Dauer auf 227 Tage bei 25 °C geschätzt.
Die neuen stereogenen Zentren, die vom Genfer Team entwickelt wurden, sollten die Konzeption stabiler und kontrollierter dreidimensionaler chiraler Moleküle ermöglichen. Diese Strukturen eröffnen neue Möglichkeiten für die Medikamentenentwicklung oder die Schaffung neuer Materialien. "Diese stereogenen Zentren neuer Art bieten eine neue Möglichkeit, den molekularen Raum zu organisieren. Sie eröffnen einen völlig neuen Grad an Freiheit und Vorstellungskraft in der chemischen Synthese", schließt Gennaro Pescitelli, Professor an der Universität Pisa und Co-Hauptuntersucher dieser Arbeit.
Quelle: Universität Genf
### TRADUCTION ES ##########################################################################################
Cuando la imagen especular de un medicamento es un veneno, y viceversa
medicamento, veneno, quiralidad
Un equipo de la UNIGE y de la Universidad de Pisa ha diseñado ensamblajes moleculares sorprendentemente estables, abriendo el camino a nuevas configuraciones farmacéuticas y materiales con geometría controlada.
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.
Fuente: Universidad de Ginebra
### TRADUCTION PT ##########################################################################################
Quando o reflexo espelhado de um medicamento é um veneno, e vice-versa
medicamento, veneno, quiralidade
Uma equipa da UNIGE e da Universidade de Pisa concebeu conjuntos moleculares surpreendentemente estáveis, abrindo caminho para novas configurações medicamentosas e materiais com geometria controlada.
Moléculas espelhadas sintetizadas neste estudo, apresentando um carbono assimétrico (cinza) totalmente substituído por átomos de oxigénio (vermelho). Os átomos de hidrogénio estão em branco. © Pierrick Berruyer
Consegue imaginar que uma molécula possa salvar vidas mas que a sua "gémea" seja um veneno mortal? Por mais surpreendente que possa parecer, esta realidade química é conhecida como "quiralidade".
Tal como uma mão direita e uma mão esquerda, duas moléculas podem ter a mesma composição, mas uma forma e uma imagem diferentes no espaço. Esta diferença pode mudar tudo. A compreensão e o controlo deste fenómeno são cruciais para a conceção de medicamentos. Uma equipa da Universidade de Genebra (UNIGE), em colaboração com a Universidade de Pisa, desenvolveu uma nova família de moléculas quirais com uma estabilidade notável. Estes trabalhos abrem novas perspetivas para a conceção de medicamentos com geometria controlada. São publicados no Journal of the American Chemical Society.
Uma molécula, ou qualquer objeto, é quiral se não puder ser sobreposta à sua imagem espelhada por qualquer combinação de rotações, translações e alterações geométricas. Um pouco como as nossas duas mãos que parecem idênticas mas que não podem ser sobrepostas quando as olhamos pelo dorso ou pela palma. Esta assimetria molecular universal obriga os químicos a conceber moléculas quirais capazes de interagir de forma precisa com os sistemas vivos.
Esta nova maneira de organizar o espaço molecular abre um grau totalmente novo de liberdade e imaginação em síntese química.
No seio de uma molécula, a quiralidade nasce frequentemente da presença de um ou vários centros de assimetria, chamados centros estereogénicos. São frequentemente constituídos por um átomo de carbono central, ele próprio ligado a quatro grupos ou cadeias de átomos diferentes, na maioria dos casos também de carbono. O grupo de Jérôme Lacour, professor ordinário no Departamento de Química Orgânica da Secção de Química e Bioquímica da Faculdade de Ciências da UNIGE, criou um novo tipo de centro estereogénico. Desta vez, o átomo de carbono central não está rodeado por cadeias de carbono ou hidrogénio, mas apenas por átomos de oxigénio e azoto. Uma primeira vez no domínio da química.
"Moléculas possuindo este novo tipo de centro estereogénico nunca tinham sido isoladas sob forma tridimensional estável anteriormente. A sua síntese e caracterização marcam um avanço conceptual e experimental maior", explica Jérôme Lacour.
Uma estabilidade fora do comum
A estabilidade das moléculas quirais é um parâmetro particularmente importante. Com efeito, os pares de moléculas espelhadas são muito próximos estruturalmente e em numerosos casos a passagem espontânea de uma para a outra é possível, por exemplo sob o efeito da temperatura. Como se uma mão esquerda se transformasse subitamente em mão direita. Poder-se-ia assim passar de um medicamento para uma molécula inativa, ou mesmo tóxica! As novas estruturas moleculares desenvolvidas pela equipa da UNIGE apresentam uma estabilidade quiral excecional, ou seja, a passagem de uma molécula para a sua irmã espelhada é particularmente difícil para ocorrer espontaneamente.
Olivier Viudes, doutorando e primeiro autor do estudo, explica: "graças a técnicas de cromatografia dinâmica e cálculos de química quântica, os cientistas mostraram que, para uma das moléculas desenvolvidas, seriam necessários 84 000 anos à temperatura ambiente para que metade de uma amostra se transformasse na sua molécula espelhada". Para um medicamento, uma tal duração de estabilidade garante um armazenamento seguro, sem necessidade de condições específicas. Para a segunda molécula, esta duração foi estimada em 227 dias a 25 °C.
Os novos centros estereogénicos desenvolvidos pela equipa genebrina deverão permitir a conceção de moléculas quirais tridimensionais, estáveis e controladas. Estas estruturas abrem novas possibilidades para a conceção de medicamentos, ou ainda a criação de novos materiais. "Estes centros estereogénicos de um novo género oferecem uma nova maneira de organizar o espaço molecular. Abrem um grau totalmente novo de liberdade e imaginação em síntese química", conclui Gennaro Pescitelli, professor na Universidade de Pisa e co-investigador principal deste artigo.
Fonte: Universidade de Genebra
Molécules miroirs synthétisées dans cette étude, présentant un carbone asymétrique (gris) entièrement substitué par des atomes d'oxygène (rouge). Les atomes d'hydrogène sont en blanc. © Pierrick Berruyer
Comme une main droite et une main gauche, deux molécules peuvent avoir la même composition, mais une forme et une image différentes dans l'espace. Cette différence peut tout changer. La compréhension et le contrôle de ce phénomène sont cruciaux pour la conception de médicaments. Une équipe de l'Université de Genève (UNIGE), en collaboration avec l'Université de Pise, a mis au point une nouvelle famille de molécules chirales d'une stabilité remarquable. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour la conception de médicaments à géométrie contrôlée. Ils sont publiés dans le Journal of the American Chemical Society.
Une molécule, ou tout objet, est chirale si elle ne peut être superposée à son image miroir par une combinaison quelconque de rotations, de translations et de changements géométriques. Un peu comme nos deux mains qui semblent identiques mais qu'on ne peut pas superposer quand on les regarde côté dos ou côté paume. Cette asymétrie moléculaire universelle impose aux chimistes de concevoir des molécules chirales capables d'interagir de manière précise avec les systèmes vivants.
Cette nouvelle manière d'organiser l'espace moléculaire ouvre un tout nouveau degré de liberté et d'imagination en synthèse chimique.
Au sein d'une molécule, la chiralité naît souvent de la présence d'un ou plusieurs centres d'asymétrie, appelés centres stéréogènes. Ils sont souvent constitués d'un atome de carbone central, lui-même lié à quatre groupes ou chaînes d'atomes différents, le plus souvent de carbone également. Le groupe de Jérôme Lacour, professeur ordinaire au Département de chimie organique de la Section de chimie et biochimie de la Faculté des sciences de l'UNIGE, a créé un nouveau type de centre stéréogène. Cette fois, l'atome de carbone central n'est pas entouré de chaînes de carbone ou d'hydrogène, mais uniquement d'atomes d'oxygène et d'azote. Une première dans le domaine de la chimie.
"Des molécules possédant ce nouveau type de centre stéréogène n'avaient jamais été isolées sous forme tridimensionnelle stable auparavant. Leur synthèse et leur caractérisation marquent une avancée conceptuelle et expérimentale majeure", explique Jérôme Lacour.
Une stabilité hors norme
La stabilité des molécules chirales est un paramètre particulièrement important. En effet, les couples de molécules miroirs sont très proches structuralement et dans de nombreux cas le passage spontané de l'un à l'autre est possible, par exemple sous l'effet de la température. Comme si une main gauche se transformait subitement en main droite. On pourrait ainsi passer d'un médicament à une molécule inactive, voire toxique ! Les nouvelles structures moléculaires mises au point par l'équipe de l'UNIGE présentent une stabilité chirale exceptionnelle, c'est-à-dire que le passage d'une molécule à sa soeur miroir est particulièrement difficile pour avoir lieu spontanément.
Olivier Viudes, doctorant et premier auteur de l'étude, explique: "grâce à des techniques de chromatographie dynamique et des calculs de chimie quantique, les scientifiques ont montré que, pour une des molécules développées, il faudrait 84 000 ans à température ambiante pour que la moitié d'un échantillon se transforme en sa molécule miroir". Pour un médicament, une telle durée de stabilité garantit un stockage sûr, sans nécessité de conditions spécifiques. Pour la seconde molécule, cette durée a été estimée à 227 jours à 25 °C.
Les nouveaux centres stéréogènes développés par l'équipe genevoise devraient permettre la conception de molécules chirales tridimensionnelles, stables et contrôlées. Ces structures ouvrent de nouvelles possibilités pour la conception de médicaments, ou encore la création de nouveaux matériaux. "Ces centres stéréogènes d'un nouveau genre offrent une nouvelle manière d'organiser l'espace moléculaire. Ils ouvrent un tout nouveau degré de liberté et d'imagination en synthèse chimique", conclut Gennaro Pescitelli, professeur à l'Université de Pise et co-investigateur principal de cet article.
Source: Université de Genève
### TRADUCTION EN ##########################################################################################
When a drug's mirror reflection is a poison, and vice versadrug, poison, chirality
A team from UNIGE and the University of Pisa has designed surprisingly stable molecular assemblies, paving the way for new drug configurations and materials with controlled geometry.
Mirror molecules synthesized in this study, featuring an asymmetric carbon (gray) fully substituted with oxygen atoms (red). Hydrogen atoms are in white. © Pierrick Berruyer
Like a right hand and a left hand, two molecules can have the same composition but different shapes and images in space. This difference can change everything. Understanding and controlling this phenomenon is crucial for drug design. A team from the University of Geneva (UNIGE), in collaboration with the University of Pisa, has developed a new family of chiral molecules with remarkable stability. This work opens new perspectives for designing drugs with controlled geometry. It is published in the Journal of the American Chemical Society.
A molecule, or any object, is chiral if it cannot be superimposed on its mirror image by any combination of rotations, translations, and geometric changes. Much like our two hands which appear identical but cannot be superimposed when viewed from the back or palm side. This universal molecular asymmetry requires chemists to design chiral molecules capable of interacting precisely with living systems.
This new way of organizing molecular space opens a whole new degree of freedom and imagination in chemical synthesis.
Within a molecule, chirality often arises from the presence of one or more asymmetry centers, called stereogenic centers. They typically consist of a central carbon atom, itself bonded to four different groups or chains of atoms, most often carbon as well. The group of Jérôme Lacour, full professor in the Department of Organic Chemistry of the Section of Chemistry and Biochemistry at the UNIGE Faculty of Science, has created a new type of stereogenic center. This time, the central carbon atom is not surrounded by carbon or hydrogen chains, but solely by oxygen and nitrogen atoms. A first in the field of chemistry.
"Molecules possessing this new type of stereogenic center had never been isolated in stable three-dimensional form before. Their synthesis and characterization mark a major conceptual and experimental advance," explains Jérôme Lacour.
Exceptional stability
The stability of chiral molecules is a particularly important parameter. Indeed, mirror molecule pairs are structurally very similar, and in many cases spontaneous conversion from one to the other is possible, for example under the effect of temperature. As if a left hand suddenly transformed into a right hand. One could thus go from a drug to an inactive, or even toxic molecule! The new molecular structures developed by the UNIGE team exhibit exceptional chiral stability, meaning the conversion from one molecule to its mirror sister is particularly difficult to occur spontaneously.
Olivier Viudes, PhD student and first author of the study, explains: "using dynamic chromatography techniques and quantum chemistry calculations, scientists have shown that for one of the developed molecules, it would take 84,000 years at room temperature for half of a sample to transform into its mirror molecule". For a drug, such stability duration guarantees safe storage without requiring specific conditions. For the second molecule, this duration was estimated at 227 days at 25°C (77°F).
The new stereogenic centers developed by the Geneva team should enable the design of stable and controlled three-dimensional chiral molecules. These structures open new possibilities for drug design, or the creation of new materials. "These new kinds of stereogenic centers offer a new way to organize molecular space. They open a whole new degree of freedom and imagination in chemical synthesis," concludes Gennaro Pescitelli, professor at the University of Pisa and co-principal investigator of this paper.
Source: University of Geneva
### TRADUCTION DE ##########################################################################################
Wenn das Spiegelbild eines Medikaments ein Gift ist und umgekehrtMedikament, Gift, Chiralität
Ein Team der UNIGE und der Universität Pisa hat erstaunlich stabile molekulare Strukturen entworfen, die den Weg für neue medikamentöse Konfigurationen und Materialien mit kontrollierter Geometrie ebnen.
In dieser Studie synthetisierte Spiegelmoleküle mit einem asymmetrischen Kohlenstoffatom (grau), das vollständig durch Sauerstoffatome (rot) substituiert ist. Die Wasserstoffatome sind weiß dargestellt. © Pierrick Berruyer
Wie eine rechte und eine linke Hand können zwei Moleküle die gleiche Zusammensetzung haben, aber eine unterschiedliche Form und räumliche Anordnung. Dieser Unterschied kann alles verändern. Das Verständnis und die Kontrolle dieses Phänomens sind entscheidend für die Entwicklung von Medikamenten. Ein Team der Universität Genf (UNIGE) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Pisa eine neue Familie chiraler Moleküle mit bemerkenswerter Stabilität entwickelt. Diese Arbeit eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung von Medikamenten mit kontrollierter Geometrie. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Ein Molekül oder jedes Objekt ist chiral, wenn es nicht durch eine Kombination von Rotationen, Translationen und geometrischen Veränderungen mit seinem Spiegelbild zur Deckung gebracht werden kann. Ähnlich wie unsere beiden Hände, die identisch erscheinen, aber nicht zur Deckung gebracht werden können, wenn man sie von der Handrücken- oder Handflächenseite betrachtet. Diese universelle molekulare Asymmetrie zwingt Chemiker dazu, chirale Moleküle zu entwerfen, die präzise mit lebenden Systemen interagieren können.
Diese neue Art der molekularen Raumorganisation eröffnet einen völlig neuen Grad an Freiheit und Vorstellungskraft in der chemischen Synthese.
Innerhalb eines Moleküls entsteht Chiralität oft durch das Vorhandensein eines oder mehrerer Asymmetriezentren, die als stereogene Zentren bezeichnet werden. Sie bestehen häufig aus einem zentralen Kohlenstoffatom, das selbst mit vier verschiedenen Atomgruppen oder -ketten verbunden ist, meist ebenfalls aus Kohlenstoff. Die Gruppe von Jérôme Lacour, ordentlicher Professor am Departement für Organische Chemie der Sektion für Chemie und Biochemie der Naturwissenschaftlichen Fakultät der UNIGE, hat einen neuen Typ von stereogenem Zentrum geschaffen. Diesmal ist das zentrale Kohlenstoffatom nicht von Kohlenstoff- oder Wasserstoffketten umgeben, sondern ausschließlich von Sauerstoff- und Stickstoffatomen. Eine Premiere auf dem Gebiet der Chemie.
"Moleküle mit diesem neuen Typ von stereogenem Zentrum wurden zuvor noch nie in stabiler dreidimensionaler Form isoliert. Ihre Synthese und Charakterisierung markiert einen bedeutenden konzeptionellen und experimentellen Fortschritt", erklärt Jérôme Lacour.
Eine außergewöhnliche Stabilität
Die Stabilität chiraler Moleküle ist ein besonders wichtiger Parameter. Tatsächlich sind die Paare von Spiegelmolekülen strukturell sehr ähnlich, und in vielen Fällen ist der spontane Übergang von einem zum anderen möglich, beispielsweise unter Temperatureinfluss. Als ob sich eine linke Hand plötzlich in eine rechte Hand verwandeln würde. So könnte man von einem Medikament zu einem inaktiven oder sogar toxischen Molekül gelangen! Die neuen molekularen Strukturen, die vom UNIGE-Team entwickelt wurden, weisen eine außergewöhnliche chirale Stabilität auf, das heißt, der Übergang von einem Molekül zu seinem Spiegelbild-Schwester ist besonders schwierig und erfolgt nicht spontan.
Olivier Viudes, Doktorand und Erstautor der Studie, erklärt: "Mithilfe dynamischer Chromatographietechniken und quantenchemischer Berechnungen haben die Wissenschaftler gezeigt, dass für eines der entwickelten Moleküle bei Raumtemperatur 84.000 Jahre benötigt würden, bis sich die Hälfte einer Probe in ihr Spiegelbild-Molekül umwandelt". Für ein Medikament garantiert eine solche Stabilitätsdauer eine sichere Lagerung ohne die Notwendigkeit spezifischer Bedingungen. Für das zweite Molekül wurde diese Dauer auf 227 Tage bei 25 °C geschätzt.
Die neuen stereogenen Zentren, die vom Genfer Team entwickelt wurden, sollten die Konzeption stabiler und kontrollierter dreidimensionaler chiraler Moleküle ermöglichen. Diese Strukturen eröffnen neue Möglichkeiten für die Medikamentenentwicklung oder die Schaffung neuer Materialien. "Diese stereogenen Zentren neuer Art bieten eine neue Möglichkeit, den molekularen Raum zu organisieren. Sie eröffnen einen völlig neuen Grad an Freiheit und Vorstellungskraft in der chemischen Synthese", schließt Gennaro Pescitelli, Professor an der Universität Pisa und Co-Hauptuntersucher dieser Arbeit.
Quelle: Universität Genf
### TRADUCTION ES ##########################################################################################
Cuando la imagen especular de un medicamento es un veneno, y viceversamedicamento, veneno, quiralidad
Un equipo de la UNIGE y de la Universidad de Pisa ha diseñado ensamblajes moleculares sorprendentemente estables, abriendo el camino a nuevas configuraciones farmacéuticas y materiales con geometría controlada.
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
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.
Fuente: Universidad de Ginebra
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Quando o reflexo espelhado de um medicamento é um veneno, e vice-versamedicamento, veneno, quiralidade
Uma equipa da UNIGE e da Universidade de Pisa concebeu conjuntos moleculares surpreendentemente estáveis, abrindo caminho para novas configurações medicamentosas e materiais com geometria controlada.
Moléculas espelhadas sintetizadas neste estudo, apresentando um carbono assimétrico (cinza) totalmente substituído por átomos de oxigénio (vermelho). Os átomos de hidrogénio estão em branco. © Pierrick Berruyer
Tal como uma mão direita e uma mão esquerda, duas moléculas podem ter a mesma composição, mas uma forma e uma imagem diferentes no espaço. Esta diferença pode mudar tudo. A compreensão e o controlo deste fenómeno são cruciais para a conceção de medicamentos. Uma equipa da Universidade de Genebra (UNIGE), em colaboração com a Universidade de Pisa, desenvolveu uma nova família de moléculas quirais com uma estabilidade notável. Estes trabalhos abrem novas perspetivas para a conceção de medicamentos com geometria controlada. São publicados no Journal of the American Chemical Society.
Uma molécula, ou qualquer objeto, é quiral se não puder ser sobreposta à sua imagem espelhada por qualquer combinação de rotações, translações e alterações geométricas. Um pouco como as nossas duas mãos que parecem idênticas mas que não podem ser sobrepostas quando as olhamos pelo dorso ou pela palma. Esta assimetria molecular universal obriga os químicos a conceber moléculas quirais capazes de interagir de forma precisa com os sistemas vivos.
Esta nova maneira de organizar o espaço molecular abre um grau totalmente novo de liberdade e imaginação em síntese química.
No seio de uma molécula, a quiralidade nasce frequentemente da presença de um ou vários centros de assimetria, chamados centros estereogénicos. São frequentemente constituídos por um átomo de carbono central, ele próprio ligado a quatro grupos ou cadeias de átomos diferentes, na maioria dos casos também de carbono. O grupo de Jérôme Lacour, professor ordinário no Departamento de Química Orgânica da Secção de Química e Bioquímica da Faculdade de Ciências da UNIGE, criou um novo tipo de centro estereogénico. Desta vez, o átomo de carbono central não está rodeado por cadeias de carbono ou hidrogénio, mas apenas por átomos de oxigénio e azoto. Uma primeira vez no domínio da química.
"Moléculas possuindo este novo tipo de centro estereogénico nunca tinham sido isoladas sob forma tridimensional estável anteriormente. A sua síntese e caracterização marcam um avanço conceptual e experimental maior", explica Jérôme Lacour.
Uma estabilidade fora do comum
A estabilidade das moléculas quirais é um parâmetro particularmente importante. Com efeito, os pares de moléculas espelhadas são muito próximos estruturalmente e em numerosos casos a passagem espontânea de uma para a outra é possível, por exemplo sob o efeito da temperatura. Como se uma mão esquerda se transformasse subitamente em mão direita. Poder-se-ia assim passar de um medicamento para uma molécula inativa, ou mesmo tóxica! As novas estruturas moleculares desenvolvidas pela equipa da UNIGE apresentam uma estabilidade quiral excecional, ou seja, a passagem de uma molécula para a sua irmã espelhada é particularmente difícil para ocorrer espontaneamente.
Olivier Viudes, doutorando e primeiro autor do estudo, explica: "graças a técnicas de cromatografia dinâmica e cálculos de química quântica, os cientistas mostraram que, para uma das moléculas desenvolvidas, seriam necessários 84 000 anos à temperatura ambiente para que metade de uma amostra se transformasse na sua molécula espelhada". Para um medicamento, uma tal duração de estabilidade garante um armazenamento seguro, sem necessidade de condições específicas. Para a segunda molécula, esta duração foi estimada em 227 dias a 25 °C.
Os novos centros estereogénicos desenvolvidos pela equipa genebrina deverão permitir a conceção de moléculas quirais tridimensionais, estáveis e controladas. Estas estruturas abrem novas possibilidades para a conceção de medicamentos, ou ainda a criação de novos materiais. "Estes centros estereogénicos de um novo género oferecem uma nova maneira de organizar o espaço molecular. Abrem um grau totalmente novo de liberdade e imaginação em síntese química", conclui Gennaro Pescitelli, professor na Universidade de Pisa e co-investigador principal deste artigo.
Fonte: Universidade de Genebra