Nghiên cứu được thực hiện tại Nagoya University và công bố trên Journal of the American Chemical Society – một trong những tạp chí hóa học uy tín hàng đầu thế giới.

Vì sao phát hiện này quan trọng?

Trong hóa học hiện đại, nhiều phản ứng tạo ra phân tử thuốc được kích hoạt nhờ quang xúc tác – tức là các chất giúp phản ứng xảy ra khi có ánh sáng chiếu vào. Từ trước đến nay, các kim loại như ruthenium hay iridium thường được sử dụng vì hiệu quả cao. Tuy nhiên, chúng rất hiếm và đắt đỏ.

Nhóm nghiên cứu Nhật Bản đã tìm cách thay thế chúng bằng sắt, một nguyên tố dồi dào và rẻ hơn nhiều. Thách thức nằm ở chỗ: làm sao để kiểm soát chính xác cấu trúc không gian ba chiều của phân tử được tạo ra – yếu tố quyết định hoạt tính sinh học của thuốc.

Hình minh họa: scitechdaily.com

Cải tiến giúp giảm 2/3 vật liệu đắt tiền

Trước đây, nhóm từng phát triển một hệ xúc tác sắt nhưng phải dùng nhiều “ligand đối quang” – thành phần giúp định hình cấu trúc 3D của sản phẩm – vốn khá tốn kém.

Ở nghiên cứu mới, họ thiết kế lại chất xúc tác theo hướng thông minh hơn:

Chỉ giữ lại một ligand đối quang để điều khiển cấu trúc không gian.

Kết hợp thêm một ligand không đối quang giá rẻ để tăng hiệu quả phản ứng.

Nhờ đó, lượng vật liệu đắt tiền được cắt giảm tới hai phần ba, trong khi hiệu suất và độ chính xác vẫn được đảm bảo.

Đặc biệt, toàn bộ phản ứng chỉ cần kích hoạt bằng đèn LED ánh sáng xanh tiết kiệm năng lượng, thay vì các điều kiện tốn kém và phức tạp.

Lần đầu tiên tổng hợp thành công (+)-heitziamide A

Bằng hệ xúc tác mới, các nhà khoa học đã đạt được một cột mốc đáng chú ý: tổng hợp toàn phần bất đối xứng lần đầu tiên của (+)-heitziamide A – một hợp chất tự nhiên có trong thực vật dược liệu, được biết đến với khả năng ức chế phản ứng viêm của tế bào miễn dịch.

Điểm đặc biệt của “tổng hợp bất đối xứng” là khả năng tạo ra đúng dạng phân tử mong muốn trong hai dạng hình ảnh gương (enantiomer). Trong dược học, chỉ một dạng có thể mang lại tác dụng điều trị, còn dạng kia đôi khi kém hiệu quả hoặc gây tác dụng phụ. Vì vậy, kiểm soát chính xác cấu trúc này là cực kỳ quan trọng.

Nhóm nghiên cứu cho biết, nếu sử dụng phiên bản “soi gương” của chất xúc tác, họ cũng có thể tạo ra dạng còn lại của phân tử. Điều này mở ra khả năng chủ động sản xuất từng dạng hoạt tính theo nhu cầu.

Hướng đi mới cho thuốc giá rẻ và hóa học xanh

Theo các tác giả, phương pháp mới không chỉ áp dụng cho heitziamide A mà còn có thể mở rộng để tổng hợp nhiều hợp chất sinh học khác. Phản ứng vòng hóa (4 + 2) chọn lọc cấu trúc không gian sẽ đóng vai trò trung tâm trong các nghiên cứu tiếp theo.

Việc thay thế kim loại quý bằng sắt, kết hợp nguồn năng lượng thấp như LED xanh, phù hợp với xu hướng giảm chi phí, giảm phụ thuộc tài nguyên hiếm và giảm tác động môi trường trong ngành dược.

Nếu được phát triển ở quy mô công nghiệp, công nghệ này có thể góp phần làm cho quy trình sản xuất thuốc trở nên rẻ hơn, bền vững hơn và thân thiện môi trường hơn.

nttvy (scitechdaily.com)