Ученые Томского политехнического университета в составе международного коллектива разработала новый химический инструмент для создания азотсодержащих молекул — они выступают «заготовками» будущих лекарств и основой органической электроники. Технология позволяет «пересобрать» молекулу за одну реакцию, напрямую соединив два атома азота. Эксперименты показали, что выход целевого вещества с помощью предложенного метода достигал 92 %.
Циклические соединения с азот-азотной связью благодаря своей структуре и химическим свойствам имеют большое значение для медицины и фармакологии. Из них, например, делают красители, светочувствительные материалы и органическую электронику, а также фундаментальную основу для создания противовоспалительных препаратов и молекул, взаимодействующих с ферментами и рецепторами.
Технологии прямого получения соединений с азот-азотной связью труднодоступны. В основном их получают из веществ, где она уже есть: вокруг нее в несколько этапов ученые «достраивают» остальную молекулу. Другие методы получения азот-азотной связи требуют сложных каталитических систем и реагентов. Это трудоемкий процесс, который ограничивает выбор получаемых продуктов.
Ученые Томского политеха в составе международного коллектива предложили новый метод — скелетное редактирование, он позволяет в один реакционный шаг получить азот-азотное соединение.
В основе технологии лежит „перекраивание“ молекулы: связи внутри исходной молекулы разрываются, атомы меняют взаимное расположение и после этого между двумя атомами возникает новая связь. При этом, метод позволяет, как в конструкторе, менять исходные компоненты и получать множество различных соединений по одной общей схеме. Это особенно важно для медицинской химии, где необходимо быстро синтезировать десятки и сотни похожих молекул, чтобы затем сравнивать их биологические свойства для выбора лучшей основы будущего лекарства, — отмечает один из авторов исследования, заведующая лаборатории «Химическая инженерия и молекулярный дизайн ТПУ Елена Степанова.
В качестве исходного вещества ученые взяли оксадиазолидиноны. Это устойчивые пятичленные соединения, которые можно получить из широко распространенных бензальдегидов и нитроаренов. Их соединили с алкинами или алкенами с кратными углерод-углеродными связями. Реакция проходила с добавлением йодида меди(I). Он активировал связь азот–кислород, помогал раскрыть исходное кольцо и отделить углекислый газ, а затем направлял сборку нового кольцевого каркаса со связью азот–азот.
Результаты лабораторных экспериментов показали, что новая технология с алкинами позволила получить более 30 соединений с выходами целевого вещества с азот-азотной связью от 62 до 89 %, а с использованием алкенов — более 40 соединений с выходом целевого продукта до 92 %. Полученные соединения ученые проверили с помощью монокристальной рентгеновской дифракции, подтвердив их структуру.
Расчеты показывают, что технология применима для широкого набора химических групп, в том числе, и для поздней модификации сложных молекул, где необходимо на заключительных стадиях синтеза добавить к молекуле азотсодержащий цикл, не разрушив остальные ее части. Это позволит в перспективе упростить получение библиотек соединений для фармацевтического скрининга, разработку новых функциональных материалов и модификацию сложных природных веществ, — добавляет Елена Степанова.
Будущие исследования ученых будут посвящены расширению круга подходящих веществ и разработке стереоселективной версии процесса синтеза, который позволит контролировать трехмерное строение получаемых молекул.
Над исследованием работали ученые лаборатории «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Педагогического университета Цзянсу (Китай) и Королевского технологического института (Швеция).
Исследования поддержаны Министерством науки и высшего образования РФ. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Communications.
Источник: Минобрнауки России
