Исследователи из Томского политеха совместно с коллегами из Педагогического университета Цзянсу (Китай) и Королевского технологического института (Швеция) разработали новый химический инструмент. Он позволяет создавать азотсодержащие молекулы, которые служат заготовками для будущих лекарств и основой органической электроники. Технология дает возможность пересобрать молекулу всего за одну реакцию, сообщает пресс-служба томского вуза.
Циклические соединения с азот-азотной связью важны для медицины и фармакологии благодаря своей структуре и химическим свойствам. Из них делают красители, светочувствительные материалы и органическую электронику, а также фундаментальную основу для противовоспалительных препаратов и молекул, взаимодействующих с ферментами и рецепторами. При этом методы прямого получения таких соединений труднодоступны. Обычно их создают из веществ, где эта связь уже есть: вокруг нее в несколько этапов достраивают остальную молекулу. Другие способы требуют сложных каталитических систем и реагентов. Это трудоемкий процесс, который ограничивает выбор получаемых продуктов.
«В основе технологии лежит «перекраивание» молекулы: связи внутри исходной молекулы разрываются, атомы меняют взаимное расположение, и после этого между двумя атомами возникает новая связь. 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 лабораторией «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» ТПУ Елена Степанова.
Ученые ТПУ в составе международного коллектива предложили метод скелетного редактирования. Он позволяет в один реакционный шаг получить азот-азотное соединение. В качестве исходного вещества специалисты взяли оксадиазолидиноны — устойчивые пятичленные соединения, которые можно получить из распространенных бензальдегидов и нитроаренов. Их соединили с алкинами или алкенами с кратными углерод-углеродными связями. Реакция шла 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.
Эксперименты показали, что новая технология с алкинами позволила получить более 30 соединений с выходами целевого вещества от 62% до 89%. При использовании алкенов удалось создать более 40 соединений с выходом до 92%. Полученные вещества ученые проверили с помощью монокристальной рентгеновской дифракции, подтвердив их структуру.
«Расчеты показывают, что технология применима для широкого набора химических групп, в том числе 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. Она позволит контролировать трехмерное строение получаемых молекул.
