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Synthesis

Máquina molecular fabrica un juego de moléculas quirales

Un ‘brazo’ gira adelante y atrás y añade piezas de manera estereoselectiva

by Stu Borman
September 21, 2017 | APPEARED IN VOLUME 95, ISSUE 38

Estructuras de las cuatro clases de productos quirales que fabrica esta máquina.

Las máquinas moleculares, moléculas con piezas móviles que hacen todo tipo de tareas útiles, recibieron el Premio Nobel de Química el año pasado. Los investigadores esperan que estas mini-máquinas puedan, algún día, sintetizar otras moléculas, de manera similar a como los ribosomas hacen proteínas. Las máquinas moleculares tendrían ventajas como ser más eficientes que las síntesis por pasos o ser capaces de sintetizar productos inaccesibles con los métodos actuales.

David A. Leigh, de la Universidad de Manchester, y sus colaboradores diseñaron hace cuatro años una máquina molecular capaz de “coger” aminoácidos y ensamblarlos para formar tripéptidos (Science 2013, DOI: 10.1126/science.1229753). Ahora, han ido todavía más allá creando una máquina molecular programable capaz de sintetizar cuatro productos diferentes añadiendo, de forma quiral, sustituyentes tiol y alquino a un aldehído α,β-insaturado (Nature2017, DOI: 10.1038/nature23677). La máquina hace cada uno de los productos con una estereoselectividad menor o igual a las reacciones equivalentes en disolución, explica Leigh.

Credit: Nature
Estructura molecular y modelo de la nueva máquina molecular del grupo de Leigh.

Para generar estos productos, Leigh y sus colaboradores anclaron un aldehído α,β-insaturado a un “brazo” de una máquina molecular. Una acil-hidrazona en el centro de la máquina puede cambiar su conformación en función del pH del medio, provocando la rotación del brazo entre dos orientaciones fijas. Las rotaciones colocan el sustrato encima de uno de los dos centros activos de silil-prolinol que catalizan reacciones con quiralidades opuestas —R para uno de los lados, S para el otro. Así, la posición del brazo controla la quiralidad.

El sustrato forma un intermedio reactive de iminio en el centro activo, y el intermedio reacciona con el tiol para la primera adición. Luego el sustrato, con el grupo sulfuro añadido, forma una enamina que facilita la adición del alqueno. Si el brazo se rota entre los dos sitios activos a mitad de la síntesis añadiendo ácido, los pasos adquieren quiralidades opuestas, y los productos son diastereoisómeros con configuraciones (R,S) o (S,R). Si el brazo se mantiene fijo entre las dos etapas, las dos adiciones tienen la misma quiralidad, y los productos son el (R,R) y el (S,S).

Marc L. Snapper, del Boston College, comenta a C&EN que la naturaleza molecular de la máquina de Leigh recuerda a estructuras biológicas no ribosómicas como las péptido-sintasas que usan muchos microorganismos para crear péptidos naturales (y que muchos científicos fabrican para hacer análogos a la carta). Snapper y su colega del Boston College Ross Kelly firman un comentario en Nature asociado con el artículo de Leigh que dice que “las máquinas moleculares ofrecen una estrategia alternativa” a otras técnicas automatizadas de síntesis, como el reactor de Martin D. Burke y colaboradores de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, diseñado para hacer pequeñas moléculas orgánicas (Science 2015, DOI: 10.1126/science.aaa5414 y C&EN, 16 de Marzo de 2015, p3). Pero es muy pronto para saber si las máquinas moleculares “tendrán ventajas” frente a estas otras técnicas, apuntan.

Los “sintetizadores” basados en máquinas moleculares “quizás nunca se vuelvan populares” y el nuevo Sistema “quizás sea más enrevesado que ingenioso,” dicen Kelly y Snapper en su comentario. Señalan, sin embargo, que “los que desestimen el concepto de ensambladores moleculares deberían recordar la lección que aprendió Lord Kelvin, cuando afirmó en 1895 que ‘las máquinas voladoras más pesadas que el aire eran imposibles.’ Esperamos ver muchas de esas imposibilidades volando en el futuro.”.


Traducción al español producida por Fernando Gomollón Bel de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.

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