Катализаторы из винной кислоты повысят оптическую чистоту органических молекул для фармацевтики до 99%

Ученые создали металлокомплексные катализаторы на основе палладия и органических молекул, содержащих атомы серы и фосфора. Использование этих катализаторов позволяет получать соединения с оптической чистотой до 99%. Оптическая чистота важна при производстве лекарств, витаминов и пестицидов, поскольку она влияет на их биологическую активность. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Organic & Biomolecular Chemistry.

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.

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.