Polímeros personalizados abrem um novo caminho para separações eletroquímicas para fabricação de medicamentos sustentáveis

Enantiômeros, ou pares de moléculas que são imagens espelhadas umas das outras, compõem mais da metade dos medicamentos aprovados pela FDA atualmente em uso, incluindo aqueles usados ​​em tratamentos para câncer, doenças neurológicas e artrite. A separação de enantiômeros é elementary para a fabricação de medicamentos, porque o efeito de cada molécula no par pode ser muito diferente-por exemplo, um enantiômero pode curar uma dor de cabeça enquanto sua imagem de espelho pode causar dor de cabeça.

Mais rápido e preciso enantiômer As separações ajudariam com o processo geral de descoberta e triagem de medicamentos, mas por sua própria natureza, os enantiômeros – que têm composições idênticas e apenas diferem por não serem sobrepositáveis ​​(pense na mão esquerda e à direita) – são notoriamente difíceis de separar.

Um esforço de um grupo de pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign para encontrar uma maneira eficiente e sustentável de realizar essas separações críticas de enantiômero é o foco de um novo estudo publicado no Jornal da American Chemical Society.

“Esta é uma das separações mais difíceis do mundo”, disse Xiao SU, professor de engenharia química e biomolecular em Illinois, que liderou o projeto. “Estamos falando de separar moléculas químicas quase idênticas uma da outra”.

“A maneira de separar os enantiômeros é introduzir um ambiente quiral que possa” reconhecer “a diferença entre os dois imagens espelhadas Dos enantiômeros, “explicou Jemin Jeon, co-primeiro autor do jornal e ex-doutorado sob SU.

“Os processos convencionais para separar esses enantiômeros geralmente levam a uma grande quantidade de resíduos químicos. Queríamos alcançar uma separação enantiosseletiva mais sustentável, mas ainda eficaz, desenvolvendo uma interface quiral que pode capturar seletivamente um enantiômero sobre o outro e ser ligado e desativado pela eletricidade”.

Embora as separações eletroquímicas tenham sido utilizadas com sucesso para muitos processos de recuperação de íons, a execução de separações de enantiômero tem sido inatingível devido à falta de adsorventes de polímeros responsivos redox adequados que atraem e ligam enantiômeros. Resolver esse problema foi um objetivo importante dos pesquisadores.

A equipe se concentrou no ferroceno como os blocos de construção moleculares de seus materiais devido à sua capacidade de realizar reações redox – isto é, aceitar e doar elétrons. Exclusivamente, eles introduziram grupos de metil e selênio fenil na estrutura molecular do ferroceno para criar polímeros com quiralidade planar, onde os elementos quirais são dispostos em um plano 2D. Essas unidades de ferroceno quiral formam a base para alcançar a seletividade para enantiômeros, com o benefício adicional de poder ativar/desligar as interações apenas através do controle eletroquímico.

Enquanto SU e Jeon já mostraram como Ferrocenos quirais podem ser usados ​​para detecção e reconhecimento molecularesses casos anteriores foram restritos à quiralidade pontual, onde o centro quiral fica em torno de um átomo central. Aqui, o trabalho deles mostrou que os novos ferrocenos planares quirais resultaram em enantioselectividade significativamente melhor do que os ferrocenos quirais pontuais, permitindo assim que as plataformas planas de polímero quiral executem separações enantiosseletivas como eletroossorventes.

De fato, quando realizaram o processo de separação eletroquímica usando os novos polímeros sintetizados, descobriram que um enantiômero direcionado poderia ser separado com sucesso de uma mistura racêmica, ou 50-50, de enantiômeros. O trabalho também mostrou como o design da engenharia pode teoricamente levar os enantiômeros do alvo para 99% de pureza.

“A singularidade desses polímeros é que eles não são apenas quirais, mas são quirais e eletroquimicamente responsivos”, disse Su. “É uma aplicação completamente nova para separações eletroquímicas”.

A SU enfatizou que a capacidade de fazer as separações eletroquimicamente não apenas traz maior eficiência ao processo de triagem e fabricação de medicamentos, mas também tem benefícios ambientais significativos.

“As separações farmacêuticas geralmente podem ser muito caras e quimicamente desnecessárias”, disse ele. “A separação desses enantiômeros requer grandes sistemas que usam muito solvente e que geram muito desperdício químico. Ao fazer esse processo eletroquimicamente, você pode reduzir os resíduos e os produtos químicos que estão sendo usados”.

Embora este estudo tenha se concentrado nas separações de pares enantioméricos de aminoácidos, Jeon disse que existem inúmeras aplicações em potencial de seu trabalho.

“Este é apenas um começo para o design da interface quiral redox-ativa e sistemas eletroquímicos”, disse Jeon. “Acreditamos que há oportunidades ilimitadas na busca desses conceitos para as separações enantiosseletivas de um grupo mais amplo de moléculas, incluindo farmacêuticos valiosos”.

Yuri Kappenberg, estudante de doutorado em engenharia química e biomolecular em Illinois, é o outro co-primeiro autor do estudo. Os colaboradores incluem U. of I. Professor de Engenharia Química e Biomolecular Alex Mirenenko e Professor de Química Visitando Fabio Zazyki Galetto da Universidade Federal de Santa Catarina no Brasil.