CLIC: So de les molècules de llec

2010/03/01 Aizpurua, Jesus Mari - EHUko Kimika Organikoko katedraduna Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Kimika

Com més complexes siguin les molècules, més difícil resulta la unió entre elles mitjançant la química convencional. La química del clic permet associar molècules complexes de forma molt selectiva. Imatge: Jesus Mari Aizpurua.

La química és la ciència de la unió. S'han trobat centenars de reaccions per a formar unions químiques. i XX. Durant segles, i a partir d'ells, s'han pogut sintetitzar molècules cada vegada més grans, cada vegada més complexes. Però aquesta activitat té les seves limitacions: les imposades per l'estructura molecular que es vol preparar. Quin és el límit actual de complexitat de la síntesi química?

Els compostos orgànics que contenen molècules diatòmiques (HCl) o grups funcionals _{simples (C 6} H ₅ CO ₂ H) es preparen fàcilment donant una o diverses etapes de síntesis. No obstant això _, la preparació de molècules polifuntzionales amb grups com NH 2, OH, CO ₂ H, requereix molts passos de síntesis. Per exemple, la preparació del glicopéptido que uneix el pèptid i el sucre de la imatge requereix més de deu passos de síntesis. Alguns d'ells, a més, estan destinats a protegir i desproteger els grups NH ₂ i OH, i no poden utilitzar-se en molècules grans fràgils. No obstant això, cada any se sintetitzen més de 500.000 noves molècules utilitzant aquest tipus de síntesi clàssica per grups de protecció.

No obstant això, els científics pretenen establir connexions entre estructures moleculars cada vegada més complexes i realitzar-les de forma molt selectiva, per exemple, entre el fullereno i un determinat nucleòtid de l'ADN, o entre el bacteri i alguns aminoàcids especials d'una proteïna.

M. 2002 Melodies daneses i K. B. Els estatunidencs Sharpless van reivindicar per separat el descobriment de la primera reacció de clic. Van observar que la reacció entre alquinos i azidas s'accelera 10 ⁸ vegades amb l'addició d'una mica de catalitzador de coure (I). Una troballa d'aquest tipus no seria ressenyable si aquest procés no tingués altres característiques, molt especials: a) la reacció és gairebé sempre quantitativa o de molt bon rendiment, b) es produeix a temperatura ambient, c) funciona envoltat d'aire en l'aigua i mitjans biològics, d) té una alta tolerància a molts grups químics funcionals (és un quimioselectivo) i e) els triazoles produïts en la reacció són poc estables, però no gaire tòxics.

La reacció de clic entre alquinos i àcides permet construir molècules complexes fàcilment. De fet, amb aminoàcids, sucres i nucleòtids que contenen grups alquinos i àcides es poden elaborar proteïnes, sacáridos o ADN "clicables". Imatge: Jesus Mari Aizpurua.

La química converteix el clic en una síntesi química modular. Igual que amb la joguina Llega, les molècules complexes es poden construir fàcilment "clicant" entre si altres més senzilles. A més, les reaccions de clic són senzilles per a fer científics sense experiència en química orgànica. Per això, són ideals per a adaptar-se a la síntesi de robots.

Atès que els compostos que contenen grups químics alquinos i àcides són estranys en la naturalesa, les reaccions de clic són bioortogonales, és a dir, no requereixen de grups protectors per a proporcionar estructures bioconjugadas o híbrides. Per tant, poden utilitzar-se aminoàcids, sucres o àcids nucleics que continguin grups alquinos i àcides per a elaborar proteïnes, sacáridos o ADN "clicantes". Totes aquestes característiques han permès que les aplicacions de reaccions de clic hagin superat ràpidament l'àmbit de la síntesi orgànica i s'hagin estès a la bioquímica, química farmacèutica, diagnòstic clínic, ciència de materials i nanociència, entre altres. En els últims set anys s'han publicat en revistes científiques més de 12.000 articles relacionats amb la química del clic.

La química ha tingut molts usos cridaners, per la qual cosa és impossible informar de tots ells aquí. Veurem un parell d'exemples: el primer és el C de la Universitat de Berkley. R. És la cèl·lula viva més fluorescent obtinguda per Bertozzis. Una vegada alimentades les cèl·lules amb un sucre àcid especial (azida manosa), les membranes es recobreixen d'un grup d'azidas. Immediatament després de la reacció de clic amb la molècula fluorescent que conté el grup alquino, les cèl·lules es converteixen en fluorescents… i sobreviuen! Similars a aquest procediment s'han provat també en éssers vius més grans com el peix zebra.

C. Universitat Berkley R. Bertozzis va aconseguir cèl·lules vives fluorescents alimentant les cèl·lules amb un sucre d'àcid i usant una molècula fluorescent amb grup alquino. Imatge: Jesus Mari Aizpurua.

Els clics també han arribat a la nanotecnologia. En 2009, J. F. L'estatunidenc Stoddart va aconseguir una nanomarrización química sobre la planxa de silici. Per a això va utilitzar un microscopi de força atòmica (AFM), proveït de nanopuntas de coure, sobre una làmina de silici recoberta de grups d'azidas. Després d'impregnar aquesta làmina d'alquino d'àcid 4-pentino i alcohol, escriu sobre ella la lletra N amb nanopunta. Atès que la reacció només es catalitza en llocs despuntats, una vegada neta la planxa amb alcohol, la imatge nanométrica de la lletra N queda associada a la superfície. Lògicament, aquesta tècnica permet gairebé qualsevol biomolècula nanolitografiar en superfícies de diferents materials.

C. Universitat Berkley R. Bertozzis va aconseguir cèl·lules vives fluorescents alimentant les cèl·lules amb un sucre d'àcid i usant una molècula fluorescent amb grup alquino. Imatge: Jesus Mari Aizpurua.

Per això, és difícil predir quines noves estructures construiran els científics en un futur pròxim, però una cosa és segura: el so de clic s'escoltarà cada vegada més en laboratoris de tot el món.