Cercetătorii din Coreea de Sud au dezvoltat o tehnică prin care se utilizează lumina pentru a înlocui un atom dintr-o moleculă cu altul. Acest progres științific promițător ar putea transforma modul în care sunt fabricate medicamentele, făcând aceste procese mai simple și mai eficiente.
Când vine vorba de chimie și de fabricarea medicamentelor, detaliile contează. Moleculele, colecțiile de atomi care alcătuiesc totul în jurul nostru, sunt ca niște puzzle-uri complexe. Dacă schimbați un singur atom dintr-o moleculă, îi puteți modifica complet proprietățile. De exemplu, un medicament poate deveni mai eficient sau, dimpotrivă, își poate pierde capacitățile. Până acum, înlocuirea unui singur atom dintr-o moleculă fără a afecta restul era un proces extrem de complicat. Chimiștii trebuiau adesea să reconstruiască întreaga moleculă de la zero, ca și cum ar fi trebuit să alcătuiască un puzzle complet nou doar pentru a schimba o singură piesă. Acest lucru făcea ca modificarea moleculelor, în special a medicamentelor, să fie foarte costisitoare și să necesite mult timp.
Aici intervine această descoperire, care a fost prezentată într-un articol publicat în Science. Echipa de chimiști de la Korean Institute of Advanced Science and Technology a reușit să dezvolte o metodă care le permite să elimine un atom de oxigen dintr-o moleculă și să-l înlocuiască cu un atom de azot. Ei au reușit această performanță cu o moleculă numită furan, o structură circulară formată din mai mulți atomi, inclusiv oxigen. Deși poate părea simplă la prima vedere, modificarea unei singure părți a unei molecule stabile precum furanul este extrem de dificilă, deoarece aceasta nu își schimbă ușor forma sau compoziția. Pentru a realiza această înlocuire de atomi, cercetătorii au utilizat un proces numit fotocataliză. În termeni simpli, fotocataliza utilizează lumina pentru a declanșa o reacție chimică. Gândiți-vă la lumină ca la un fel de întrerupător care activează anumite părți ale moleculei, făcând posibile transformări care altfel ar fi imposibile. Acest impuls energetic rupe anumite legături între atomi și creează altele noi.
În acest caz particular, lumina a fost utilizată pentru a modifica molecula de furan prin întreruperea legăturilor care țineau atomul de oxigen în loc. Odată ce acest atom a fost îndepărtat datorită acestei activări luminoase, un atom de azot a putut fi introdus în locul său. Acest proces este deosebit de interesant deoarece evită metodele mai dificile, cum ar fi încălzirea moleculei la temperaturi extrem de ridicate sau utilizarea radiațiilor puternice, care pot deteriora molecula sau o pot face instabilă. Cu ajutorul acestei tehnici, cercetătorii au putut efectua înlocuirea atomilor într-un mod curat și controlat, folosind pur și simplu lumina pentru a declanșa reacția.
Ideea din spatele acestei tehnici nu este cu totul nouă. Cercetătorii s-au inspirat din lucrările efectuate în 1971 de alți doi chimiști, Axel Couture și Alain Lablache-Combier. La acea vreme, aceștia utilizaseră lumina ultravioletă pentru a transforma o moleculă de furan, însă metoda lor nu era încă suficient de avansată pentru a permite aplicații la fel de precise ca cele obținute astăzi. Chimiștii coreeni au preluat această idee și au adaptat-o la tehnologiile moderne, folosind fotocatalizatori mai sofisticați pentru a activa reacții chimice cu o precizie niciodată atinsă până acum. Metoda lor nu numai că face posibilă înlocuirea atomului de oxigen cu azot, dar deschide și calea pentru alte substituiri atomice.
Această descoperire ar putea schimba modul în care sunt fabricate medicamentele. Structurile moleculare ale multor medicamente sunt complexe și pot include inele de atomi cunoscute sub numele de heterocicluri. Modificarea unui singur atom din aceste cicluri, de exemplu prin înlocuirea unui atom de oxigen cu azot, poate îmbunătăți eficacitatea medicamentului sau reduce efectele sale secundare. Până în prezent, aceste modificări au fost dificil de realizat în mod direct. Metoda dezvoltată de chimiștii coreeni face ca aceste modificări să fie mai simple și mai precise, deoarece nu mai este necesar să se reconstruiască întreaga moleculă.
