Gli acidi carbossilici costituiscono una classe di composti organici nei quali si riconosce la presenza del gruppo funzionale -COOH.
Il gruppo carbossilico dona lo ione H+ con formazione dell'anione carbossilato -COO-, comportandosi quindi da acido debole.
Per reazione con una base, l'acido carbossilico forma un sale: i sali di sodio o di potassio degli acidi carbossilici a catena lunga sono detti saponi.
Per reazione con un alcool, l'acido carbossilico forma un estere, di cui avevo detto ampiamente QUI.
Il gruppo -COOH è legato a un atomo di idrogeno H per formare l'acido formico, HCOOH. Questo composto è il più semplice degli acidi carbossilici, chiamato acido metanoico secondo la IUPAC.
Il gruppo -COOH è legato al radicale metile CH3 nell'acido acetico, la cui formula risulta essere pertanto CH3COOH, chiamato acido etanoico secondo la IUPAC.
Il gruppo -COOH è legato a una catena R, con un numero superiore di atomi di carbonio negli acidi grassi, la cui formula generale può essere rappresentata genericamente come R-COOH.
Gli acidi carbossilici alifatici, catene di atomi di carbonio con un acido carbossilico a un'estremità, sono ovunque. Spesso i loro nomi derivano dalle fonti dalle quali sono stati ricavati per la prima volta: acido capronico, acido oleico, acido palmitico, acido stearico, acido miristico, etc.
La catena può essere satura o insatura. Per addizione catalitica di idrogeno, dagli acidi insaturi si ottengono acidi saturi: è quanto si fa nella sintesi industriale delle margarine da più di un secolo.
La catena satura ha tuttavia solo due atomi di carbonio che possono reagire: quello nel gruppo carbossilico e quello adiacente.
Jin-Quan Yu e i colleghi di Scripps Research e Bristol Myers Squibb hanno progettato una reazione che raddoppia il numero di carboni reattivi in queste molecole a quattro, trasformando le molecole in versatili building blocks utili ai chimici organici sintetici.
Con un catalizzatore al palladio e uno dei due ligandi piridina-piridone, il team ha riferito di poter eseguire una deidrogenazione (quindi: poter togliere idrogeno e formare un doppio legame C=C) in una fase che attacca selettivamente il legame C–H a due atomi di carbonio lontano dal gruppo carbossilico invece del carbonio adiacente (il carbonio in alfa al carbonile) tradizionalmente più reattivo (Science, 2021, DOI:10.1126/science.abl3939).
Questo genera composti con doppi legami reattivi che i chimici possono utilizzare per costruire una pletora di strutture cicliche e acicliche, inclusi farmaci e altri composti bioattivi.
Yu afferma che questa reazione può essenzialmente "creare farmaci dal sapone". I chimici hanno a lungo sognato di usare gli acidi alifatici, la spina dorsale essenziale di molti saponi, come reagente chimico.
Il gruppo ha sintetizzato oltre 80 composti in due varianti della reazione, ciascuna utilizzando un diverso ligando:
- la prima variante, con un ligando piridina-piridone più semplice, produce selettivamente acidi carbossilici α,β-insaturi (in figura).
- La seconda variante, con un altro ligando comprendente un gruppo isometilico a ponte tra gli anelli piridinico e piridone, dà alchiliden-butenolidi. Il gruppo ha anche incorporato i frammenti del butenolide in composti più complessi, come un precursore del farmaco per l'asma Seratrodast.
I doppi legami, che sono più reattivi dei singoli legami, sono il punto di partenza per molte reazioni sintetiche organiche. "Una volta ottenuto un doppio legame, ora sei connesso a molte reazioni", afferma Yu. I ricercatori possono quindi aggiungere gruppi funzionali attraverso questo nuovo doppio legame, consentendo l'accesso a quattro atomi di carbonio sulla molecola: il carbossile più i successivi tre atomi di carbonio sulla catena.
"Questa ricerca rappresenta un enorme passo avanti nella reattività degli acidi carbossilici liberi", afferma Manuel van Gemmeren, un chimico organico dell'Università di Münster.
"Il design dei due ligandi era intelligente e la capacità di selezionare tra acidi carbossilici e altri carbonili nella molecola è insolita e molto utile", afferma Nuno Maulide, un chimico organico dell'Università di Vienna. I butenolidi sono elementi costitutivi efficaci per la sintesi di molecole bioattive, "e questo mezzo rapido e selettivo per assemblarli potrebbe essere un punto di svolta per molte campagne di sintesi", afferma Julian G. West, un chimico organico della Rice University.
Yu ha lavorato su questa reazione per 20 anni, dice. "Ora posso dire che questa non è fantascienza", dice. "È realtà."
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