Сотрудники Института неорганической химии имени А. В. Николаева (ИНХ) СО РАН предложили новый высокоспецифичный способ синтеза органических соединений, состоящих из трёх сочлененных между собой углеродных колец. В отличие от существующих подходов, новая методика позволяет точно контролировать, какими участками присоединяются кольца, и с вероятностью до 98 % получать геометрически абсолютно одинаковые продукты. Это важно, поскольку образуемые таким образом вещества используются при синтезе биологически активных соединений и некоторых лекарств, и даже небольшие изменения в геометрии молекул могут радикально влиять на их активность. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Chemical Communications.

Органические молекулы, состоящие из нескольких сочленённых между собой углеродных колец, часто используются в качестве предшественников для синтеза лекарств и биологически активных соединений, таких как стероиды, артемизинин, таксол и его производные. Получить соединение, в структуру которого входят, например, два или три кольца, позволяют реакции димеризации между двумя молекулами, каждая из которых содержит одно углеродное кольцо. Так, в частности, димеризацию циклопентенона — молекулы в виде кольца из пяти атомов углерода, к которому присоединён один атом кислорода, — проводят, освещая исходное вещество ультрафиолетом.

Павел Демаков контролирует процесс димеризации циклопентенона в металлорганическом каркасе

Несмотря на простоту подхода, он оказывается недостаточно эффективным. Дело в том, что углеродные кольца соединяются каждый раз разными участками, в результате чего атомы кислорода в образуемых димерах оказываются «выступающими» в разные стороны. Так, например, если атомы кислорода находятся по одну сторону от условной оси молекулы, то такое расположение называют «голова-к-голове», а если по разные — «голова-к-хвосту». При этом в любом синтезе нужно быть уверенным, что получается лишь один из возможных вариантов, поскольку даже небольшие различия в пространственном строении молекул могут сильно влиять на их биологическую активность. В противном случае возникает необходимость в дополнительных стадиях разделения и очистки целевого продукта, сложных из-за сходства физических и химических свойств у различных димеров.

Ученые ИНХ СО РАН (Новосибирск) предложили подход, позволяющий избирательно получать нужный вариант молекулы при димеризации циклопентенона, который часто используется при синтезе лекарственных препаратов. Авторы провели реакцию в порах металлорганического каркасного соединения — пористого полимера, который можно сравнить с губкой. Он содержит множество пустот, размер которых не превышает нанометра (миллионной доли миллиметра). Эти поры послужили миниатюрными «колбами», в которых осуществлялся синтез.

Упаковка молекул циклопентенона до облучения (слева) и его димера после облучения (справа) в порах металлорганического каркаса

Каждая «наноколба» может вместить лишь две молекулы циклопентенона. Кроме того, попадая в такие пустоты, молекулы связываются с металлорганическим каркасом строго определённым образом, благодаря чему все они оказываются одинаково ориентированы в пространстве. В результате взаимодействовать между собой они могут лишь одной из возможных «сторон», что обеспечивает избирательность синтеза. Димеризацию исследователи проводили с помощью мягкого ультрафиолетового света.

Авторы проанализировали структуру полученных димеров и определили, что 98% из них состояли из двух молекул циклопентенона, ориентированных «голова-к-хвосту». Это подтвердило высокую избирательность предложенного метода.

«Высокоупорядоченные поры металлорганического каркаса помогли молекулам циклопентенона ориентироваться так, чтобы синтез прошел максимально специфично. Подобной избирательности не позволяют достичь ни синтез в обычных растворах, ни реакции с применением катализаторов. Предложенный метод поможет упростить производство сложных лекарств и других биологически активных соединений, содержащих в своем составе фрагменты циклопентенона, например различные стероиды, перспективные противораковые и противогрибковые средства Plumisclerin A, Paesslerin A, Hippolachnin A, Massarinolin A. В дальнейшем мы планируем протестировать селективный синтез в нанопорах для других, более сложных органических соединений», — рассказывает ведущий исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Павел Демаков, к. х. н., сотрудник лаборатории металлорганических координационных полимеров Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН.

Источник: РНФ.