25 January 2024, 12:00

Катализаторы из винной кислоты повысят оптическую чистоту органических молекул

Многие органические молекулы могут существовать в виде двух зеркальных антиподов, которые, подобно правой и левой рукам, полностью совпадают по строению, но имеют разную пространственную ориентацию. Такие антиподы называют оптическими изомерами. Они неотличимы друг от друга по большинству физико-химических свойств, но могут очень по-разному влиять на организм. Так, в 50-е годы в США произошла так называемая «талидомидовая трагедия». Ученые разработали успокоительное средство на основе талидомида, но не учли, что только один из двух оптических изомеров этого вещества обладает седативным действием, в то время как его зеркальный антипод может повреждать структуру ДНК. К сожалению, технология производства позволяла получать лишь смесь этих двух форм талидомида. Из-за этого у женщин, принимавших талидомид во время беременности, рождались дети с различными мутациями.

Катализаторы из винной кислоты повысят оптическую чистоту органических молекул
Коллектив лаборатории
Source: Илья Чучелкин

Для того, чтобы не повторить тот печальный опыт, ученые стараются использовать химические превращения, которые позволяют получить только один из возможных оптических изомеров молекулы. В этом помогают металлокомплексные катализаторы, которые «направляют» реакцию по пути синтеза конкретного продукта. При этом металл в составе катализатора обеспечивает более легкий путь реакции, а органический компонент — лиганд — регулирует активность соединения и обеспечивает преимущественное образование целевого оптического изомера. Основной недостаток этого подхода заключается в том, что большинство известных лигандов очень специфичны и не могут использоваться для широкого круга реакций. Поэтому химикам приходится получать для каждой реакции свой катализатор, что дорого и трудоемко. Создание новых, более универсальных лигандов поможет как в разработке новых лекарств, так и в повышении эффективности синтеза имеющихся.

Ученые из Рязанского государственного университета имени С. А. Есенина (Рязань) синтезировали группу новых лигандов, основой для которых послужила молекула TADDOL — производное недорогой винной кислоты. Полученные вещества благодаря атомам фосфора и серы в их составе могут соединяться с палладием, образуя металлокомплексы, обладающие каталитической активностью.

Авторы использовали полученные катализаторы в популярных реакциях, при которых один фрагмент в составе органической молекулы заменяется новым с преимущественным образованием одного из двух возможных оптических изомеров. Эксперименты показали, что при использовании нового катализатора до 99% молекул продукта имели вид «нужного» оптического изомера.

Ученые выяснили, что эффективность процесса определяется не только оптимальным строением лиганда, но и соотношением органических молекул и атомов палладия в одной частице катализатора. Стоит отметить, что такие каталитические реакции могут найти применение при получении разнообразных биоактивных соединений, в том числе лекарственных препаратов.

«Полученные нами металлокомплексные катализаторы показали свою эффективность сразу в нескольких реакциях, в том числе в процессах, открывающих доступ к ценным фармакологически активным соединениям. Кроме того, используемые нами лиганды имеют модульное строение — фактически мы можем свободно варьировать структурные фрагменты в их молекулах, проводя "тонкую настройку" структуры для достижения высоких результатов в конкретном каталитическом процессе», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Илья Чучелкин, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Рязанского государственного университета имени С. А. Есенина.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Organic & Biomolecular Chemistry.

Source:  Пресс-служба РНФ

News article profiles

News article publications

Share

Are you a researcher?

Create a profile to get free access to personal recommendations for colleagues and new articles.

Read also

Настройка условий всего одной реакции позволила получить новые антибиотики
При помощи золота химики получили известные оксазиноны, а с помощью синего света — их ранее неизвестных родственников, также обладающих антибактериальной активностью
Catalysis
Organic Chemistry
Pharmacy
Synthesis
18 May 2023
Органические ионы сделают синтез азотсодержащих веществ экологичнее
Химики успешно опробовали органические катализаторы, с помощью которых можно переносить атомы водорода от одной молекулы к другой. Этот процесс широко используется в фармацевтике при производстве лекарств. Обнаруженное свойство позволит существенно расширить область применения таких катализаторов и заменить токсичные аналоги на основе тяжелых металлов во многих сферах, требующих химического синтеза.
"Green" chemistry
Organic Chemistry
Synthesis
21 March 2024
Три металла и новая технология упростят получение ненасыщенных спиртов
Ученые синтезировали катализатор на основе наночастиц платины, оксидов церия и циркония, который позволяет превращать ненасыщенные альдегиды в ненасыщенные спирты. Такая реакция нужна при создании духов, отдушек и лекарств. При использовании нового катализатора избирательность и эффективность процесса достигли 100%. Это значит, что при синтезе протекала только необходимая ученым реакция, после которой не оставалось побочных продуктов.
Catalysis
Nanotechnology
Synthesis
23 January 2024
Новый фотокатализатор разрушил загрязнителей сточных вод с помощью ультрафиолета
Ученые синтезировали уникальный материал — гибридный фотокатализатор, состоящий из органического и неорганического нанокомпонентов. Под действием видимого и ультрафиолетового света он генерирует свободные радикалы, которые с эффективностью более 90% разрушают органические загрязнители, попадающие в сточные воды от химических производств. Кроме того, новый фотокатализатор в 11 раз быстрее аналогов подавляет рост бактерий Escherichia coli (кишечной палочки) — микроорганизма, активно размножающегося в сточных водах. Полученный материал потенциально может использоваться при очистке сточных вод от токсинов, красителей и других соединений, использующихся в химической промышленности, а также при их обеззараживании от микроорганизмов.
"Green" chemistry
Catalysis
Synthesis
18 November 2023
Получена самособирающаяся система, которая усовершенствует доставку лекарств
Ученые создали систему, в которой в ходе химических превращений самостоятельно образуется эмульсия — смесь двух жидкостей разной плотности, которая напоминает капли масла в воде. Такая система может использоваться при создании новых биосинтетических материалов, применяемых в производстве пищевых продуктов и косметики, а также для доставки лекарств к различным органам.
Biochemistry
Organic Chemistry
Synthesis
5 November 2023
Синтезированы новые пероксидсодержащие комплексы сурьмы
Ученые синтезировали и исследовали шесть кристаллических комплексов сурьмы, содержащих в своем составе две гидропероксогруппы (-OOH) при одном атоме сурьмы. Эти гидропероксогруппы участвуют в образовании водородных связей между соседними комплексами и молекулами растворителя, что приводит к появлению в кристаллических соединениях уникальных структурных мотивов. Подобные водородные связи играют важную роль при получении функциональных материалов, которые могут использоваться в металл-ионных аккумуляторах и в газовых сенсорах.
"Green" chemistry
Organic Chemistry
Synthesis
21 September 2023