XX BMOS

Ferramentas de ciência de dados refinam a intuição química na síntese orgânica

No Ferreira Group (UFSCar), estudantes são incentivados a dominar linguagem de programação tanto quanto as técnicas experimentais

Na síntese orgânica, a busca por reações mais eficientes é um mantra presente no dia-a-dia dos grupos de pesquisa. Um pequeno ganho na bancada do laboratório pode significar muito em escala industrial, a substituição de um reagente derivado do petróleo por outro derivado da biomassa pode representar ganhos ambientais. Nesses tempos da profusão de dados, da ciência computacional e da inteligência artificial, a modelagem tem um papel crucial na busca por mais eficiência. Ela pode ajudar na compreensão das reações, refinar a intuição química, e encurtar caminhos.

Para o Professor Marco Antonio Barbosa Ferreira (UFSCar), o domínio das técnicas de ciência de dados e modelagem computacional pode ser um grande diferencial para se fazer síntese orgânica e desenvolver novos sistemas catalíticos. Seu laboratório tem reatores e computadores, e seus alunos são incentivados a aprender linguagens de programação, com ênfase em Python. No dia-a-dia, o grupo combina a bancada com ferramentas conhecidas de química computacional e de ciência de dados.

Na interface entre reatores e computadores, alunos do Prof. Marco Antonio Barbosa Ferreira (UFSCar) avançam na busca por reações mais eficientes, seletivas e sustentáveis

“A construção de modelos de seletividade e reatividade é a espinha dorsal da síntese orgânica. Então, tento formar meus estudantes nessa interface com a modelagem computacional e de dados, porque entendo que é o futuro, no sentido de que cada vez mais os químicos experimentais serão demandados a utilizar estas ferramentas”, declara.

Foi com a ajuda de modelagem e química experimental que o Ferreira Group conseguiu desenvolver um novo catalisador  para a oxidação aeróbica da lignina, utilizando 100 vezes menos carga catalítica do que a reação similar conhecida, e pôde ser feita em condições muito mais brandas.

“A literatura tinha mais de 25 anos de dados sobre uma reação específica com determinado catalisador. Essa química sempre me chamou atenção porque as explicações mecanísticas eram conflitantes, e a gente não tinha exatamente uma compreensão da relação estrutura-reatividade desse catalisador. Então pegamos esses 25 anos de literatura, utilizamos a química computacional e a ciência de dados, e conseguimos entender exatamente o que aqueles catalisadores estavam fazendo. Percebemos que o tamanho do catalisador estava afetando a reatividade em posições específicas. Entendemos que uma forma de avançar nessa química seria trabalhar na parte eletrônica dos ligantes do catalisador. Então voltamos à literatura, selecionamos mais de 40 mil estruturas químicas que poderiam ser matéria-prima para produzirmos esses catalisadores, e com ciência de dados, conseguimos selecionar apenas moléculas que tivessem maior diversidade química. Conseguimos avançar muito simplesmente entendendo o que a literatura já tinha, e avançando em uma direção que ninguém havia olhado. Esse é um exemplo de como a ciência de dados pode melhorar a intuição química e por consequência, a eficiência das reações”, relata.

O Prof. Ferreira (sócio da SBQ desde 2003), será um dos palestrantes do 20o Brazilian Meeting on Organic Synthesis (BMOS), que será realizado em Águas de Lindóia, de 28 de setembro a 2 de outubro.

“A busca por métodos mais eficientes para se fazer síntese orgânica é um tema quente em nossa área”, afirma o Professor Emílio Carlos de Lucca Júnior (Unicamp), secretário-geral do Comitê Científico do BMOS. Em sua visão, a sustentabilidade dos processos é o pano de fundo. “Hoje, para alcançarmos mais eficiência e seletividade, precisamos ser inventivos. Nossos bons resultados na bancada se refletirão em menos impacto ambiental na indústria.”

Além de machine learning e química computacional, o BMOS terá conferências na área de fotocatálise, eletroquímica e máquinas moleculares. O destaque é o químico holandês Ben Feringa, vencedor do Prêmio 2016 pelo design e a síntese de máquinas moleculares. Ele fará a conferência de abertura, em que abordará sua trajetória no mundo da nanociência molecular, discutirá a síntese e o funcionamento de interruptores e motores moleculares, bem como aplicações que vão desde medicamentos inteligentes a materiais responsivos e músculos artificiais.

O evento também terá palestras de representantes da indústria, como Jeffrey Kuethe, do departamento de Processos, Pesquisa e Desenvolvimento da farmacêutica Merck. Ele tem nove patentes, e vai falar sobre uma “grande pequena molécula”, MK-0616, um peptídeo macrocíclico que se mostrou eficiente nos testes de fase 2 como associado às terapias atuais para o tratamento da doença arterosclerótica coronariana, e está atualmente na fase 3.

O BMOS terá cerca de 450 participantes, incluindo químicos de Uruguai, Argentina e Chile, e conta com apoio financeiro da Fapesp, da CAPES, do CNPq, da Unicamp e da RSC.

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Texto: Mario Henrique Viana (Assessoria de Imprensa da SBQ)