Mở khóa các carbene khó nắm bắt, mở đường cho các loại thuốc thế hệ tiếp theo

Mới đây, các nhà hóa học đã phát triển một phương pháp mới để tạo ra nhiều khối cấu tạo hóa học hữu ích bằng cách khai thác kim loại carbene.

Carbene là các nguyên tử carbon có thời gian sống ngắn, phản ứng cao, thường được sử dụng trong các phản ứng hóa học thiết yếu cho tổng hợp thuốc và phát triển vật liệu. Đặc điểm này có thể khiến việc tạo ra carbene trở nên đặc biệt khó khăn trong phòng thí nghiệm, vì các phương pháp tạo ra chúng rất hạn chế và thường rất nguy hiểm.

Mới đây, lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Ohio (Mỹ) đã khám phá ra một phương pháp giúp việc sản xuất các carbene kim loại này trở nên dễ dàng hơn nhiều.

“Mục tiêu của chúng tôi từ đầu đến nay là xác định xem liệu có thể tìm ra phương pháp mới để tiếp cận carbene mà những người khác chưa từng tìm ra trước đây hay không”, giáo sư David Nagib – đồng tác giả nghiên cứu – cho biết. “Bởi vì nếu có thể khai thác kim loại này theo cách xúc tác nhẹ nhàng hơn, chúng ta có thể có được khả năng phản ứng mới. Đó chính là những gì chúng tôi đã làm”.

Nghiên cứu sinh tiến sỹ Nguyễn Khuê – tác giả thứ nhất của bài báo mới được công bố trên Science – và các cộng sự đã tìm ra phương pháp chế tạo cacbene này bằng cách sử dụng sắt làm chất xúc tác kim loại và sau đó kết hợp nó với các phân tử gốc clo dễ dàng tạo ra các gốc tự do.

Nhờ đó, các thành phần này cùng nhau tạo thành carbene theo ý muốn, bao gồm nhiều loại chưa từng được sản xuất trước đây. Sau đó, để tạo ra phản ứng hóa học, các carbene này nhanh chóng liên kết với một phân tử khác bằng liên kết căng để tạo thành cyclopropane – có hình dạng giống hình tam giác.

Những mảnh phân tử ba cạnh này rất quan trọng đối với quá trình tổng hợp thuốc và hóa chất nông nghiệp, một phần là do kích thước nhỏ và năng lượng đặc biệt của chúng. Tuy có nhiều cách để tổng hợp hình dạng phân tử ba cạnh này – một trong những hình dạng phổ biến nhất trong thuốc, nhưng công trình của nhóm nghiên cứu đặc biệt ở chỗ họ đã tìm kiếm những cách tốt nhất để tạo ra chúng.

“Phòng thí nghiệm của chúng tôi đang nỗ lực hết sức để sớm đưa ra những phương pháp tốt nhất để sản xuất cyclopropane”, Nagib nói. “Chúng tôi hướng đến mục tiêu phát minh ra những công cụ hiệu quả hơn để sản xuất thuốc tốt hơn, và trên con đường đó, chúng tôi đã giải quyết được một vấn đề lớn trong thế giới carbene”.

Trong quá trình giải mã một trong những thách thức lớn nhất của hóa học, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng phương pháp của họ hoạt động tốt trong nước. Điều này cho thấy rằng một ngày nào đó, các carbene kim loại thậm chí có thể được tạo ra bên trong tế bào sống để khám phá ra các mục tiêu thuốc mới. Theo Nagib, phương pháp mới này tốt hơn khoảng 100 lần so với các công cụ hóa học trước đây mà phòng thí nghiệm của ông đã sản xuất trong thập kỷ qua.

“Phòng thí nghiệm của chúng tôi thực chất là một phòng thí nghiệm phát triển công cụ”, ông nói. “Và với tôi, cách để đánh giá xem một công cụ có giá trị và thú vị hay không nằm ở việc liệu người khác có sử dụng công cụ bạn tạo hay không”.

Nhóm nghiên cứu kỳ vọng khám phá của họ sẽ mạng lại tác động mạnh mẽ. Lý do là bởi, đối với các nhà khoa học, việc có một phương pháp mới để tạo ra và phân loại carbene đồng nghĩa với việc quy trình sản xuất nhiều bước, lãng phí hiện nay có thể trở nên đơn giản hơn và an toàn hơn. Đối với người tiêu dùng, phương pháp này cho thấy các loại thuốc trong tương lai được phát triển bằng công nghệ này có thể rẻ hơn, mạnh hơn, tác dụng nhanh hơn và lâu dài hơn.

Nagib cho biết công trình này có thể ngăn chặn tình trạng thiếu hụt các loại thuốc quan trọng như thuốc kháng sinh và thuốc chống trầm cảm, cũng như thuốc điều trị bệnh tim , COVID và nhiễm HIV.

Ngoài ra, vì công trình của nhóm mang tính đột phá, họ kỳ vọng công cụ hóa học hữu cơ mang tính chuyển đổi này có thể được sử dụng ở các các phòng thí nghiệm nghiên cứu lớn và nhỏ cũng như các nhà sản xuất thuốc trên toàn thế giới.

Kim Dung dịch từ ĐH Ohio

Nguồn: https://news.osu.edu/new-chemical-tool-may-improve-development-of-key-drug-components/