În 1974, în solul unui crater vulcanic a avut loc o descoperire fascinantă: pigmenții roșii produși de bacteriile terestre au scos la iveală existența unor biomolecule complexe numite naftociclinone. Acești compuși, aparținând unei familii de antibiotice cu proprietăți biologice promițătoare, au atras imediat atenția oamenilor de știință. Cu toate acestea, sinteza lor artificială s-a dovedit a fi o adevărată durere de cap care i-a ținut în frâu pe cercetători timp de aproape cinci decenii. O jumătate de secol mai târziu, o echipă de oameni de știință japonezi de la Institutul de Știință din Tokyo, condusă de profesorul asociat Yoshio Ando, a îndeplinit în sfârșit această provocare. Această descoperire deschide calea către noi aplicații medicale, biologice și de mediu. Ea a fost prezentată într-un articol publicat în Angewandte Chemie International Edition.
Dificultatea de a sintetiza naftociclinone constă în structura lor moleculară sofisticată. Aceste molecule sunt compuse din două blocuri de construcție numite monomeri A și B, conectate printr-o punte chimică complexă cunoscută sub numele de miez de biciclo[3.2.1]octadienonă. Acest miez, care leagă cei doi monomeri, impune constrângeri spațiale foarte precise: atomii trebuie poziționați cu o orientare specifică și trebuie evitată formarea de subproduse nedorite. În plus, etapele de sinteză necesită stereoselectivitate riguroasă. Aceasta înseamnă că reacțiile chimice trebuie să producă o organizare precisă a grupurilor de atomi în spațiu, aspect crucial pentru obținerea moleculelor funcționale. Aceste exigențe mari au făcut sarcina extrem de complexă. Timp de decenii, nicio strategie nu a părut capabilă să depășească toate aceste provocări simultan, până la abordarea revoluționară adoptată de echipa profesorului Ando.
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au folosit o abordare numită analiză retrosintetică, o tehnică care implică întoarcerea în timp prin descompunerea moleculei țintă (aici, β-naftociclinonă) în elemente precursoare mai simple. Odată identificate aceste componente, au conceput apoi un plan detaliat pentru a le asambla, respectând constrângerile structurale. Echipa a dezvoltat o metodă în două etape pentru a conecta monomerii A și B și a forma miezul de biciclo[3.2.1]octadienonă. Acești pași au inclus adăugarea catalizată de rodiu și ciclizarea reductivă folosind compuși cu sulf. Mai mult, cercetătorii au inovat prin proiectarea unei molecule intermediare comune, din care ar putea deriva cu ușurință cei doi monomeri. Această simplificare a făcut procesul mai eficient și mai repetabil.
Rezultatul este sinteza cu succes a β-naftociclinonei cu un randament de cel puțin 70% la fiecare pas, o performanță impresionantă în domeniul chimiei organice. Folosind o tehnică suplimentară numită lactonizare oxidativă, echipa a transformat apoi β-naftociclinonă în y-naftociclinonă cu un randament remarcabil de 87%.
Unul dintre punctele cheie ale acestui progres este faptul că moleculele sintetizate în laborator sunt identice cu naftociclinonele naturale, după cum au confirmat analizele spectrale. Acest succes deschide perspective semnificative în mai multe domenii. Pe de o parte, naftociclinole ar putea fi folosite pentru a dezvolta noi antibiotice, esențiale pentru combaterea rezistenței în creștere la tratamentele actuale. Structura lor chimică complexă ar putea inspira, de asemenea, proiectarea altor compuși biologic activi. Pe de altă parte, această metodă de sinteză oferă un instrument valoros pentru chimiști, deoarece ar putea fi adaptată pentru a produce compuși înrudiți cu naftociclinonă sau alte biomolecule complexe. „Am demonstrat o strategie concisă pentru sinteza heterodimerilor, care ar putea servi drept model pentru alte lucrări similare”, explică Yoshio Ando. Prin urmare, munca echipei sale deschide calea către o nouă eră a creativității în chimia organică.
Disponibilitatea crescută a acestor compuși prin această metodă ar putea facilita utilizarea lor în studii biologice sau de mediu, extinzând astfel potențialul lor de aplicare. După 50 de ani de efort, sinteza naftociclinonelor este așadar o victorie simbolică și practică pentru cercetătorii din chimia organică. Abordarea inovatoare dezvoltată de echipa japoneză nu rezolvă doar un puzzle științific, dar deschide și perspective interesante pentru dezvoltarea de noi tratamente cu antibiotice și înțelegerea biomoleculelor complexe.
