Ученые разработали новый тип катализаторов для синтеза лекарственных средств

Ученые создали новый природоподобный катализатор для синтеза циклопропанов — фрагментов разнообразных фармацевтических препаратов, например, антидепрессантов. Исследователи смогли добиться рекордно низких рабочих концентраций катализатора и показали, как можно использовать слабые межмолекулярные взаимодействия для управления ходом синтеза и получения необходимых продуктов, что крайне важно при синтезе лекарств. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Catalysis.

Большинство биологически активных соединений, в том числе фармацевтические препараты, обладают хиральностью. Это значит, что они могут существовать в двух зеркальных формах (подобно ладоням правой и левой рук), называемых энантиомерами. Свойства таких форм часто кардинально различаются: например, одна версия молекулы обладает лекарственным действием, в то время как ее зеркальная копия оказывается неактивной или вовсе вызывает токсический эффект. Поэтому в фармацевтике нужны методы синтеза, которые позволяют получить только один из энантиомеров. Помочь в этом могут хиральные катализаторы.

Химики из Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (Москва), Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН (Москва) совместно с коллегами из Института исследования катализа и окружающей среды Лиона (Франция) получили новый хиральный катализатор для синтеза циклопропанов — циклических молекул, встречающихся в разнообразных фармацевтических препаратах, например, антидепрессантах.

В качестве основы для такого катализатора авторы использовали фталоцианин — синтетический синий краситель, аналог природных пигментов — хлорофилла растений и гема крови. В молекулу фталоцианина химики ввели каталитически-активный металл — рутений, а для того, чтобы «направить» действие катализатора в нужное русло, в него включили дополнительные хиральные группы, которые образуют полость вокруг активного центра.

Исследователи протестировали полученный катализатор в реакции синтеза хиральных циклопропанов. Эксперименты показали, что катализатор отличается высокой стабильностью, что позволяет значительно снизить его расход по сравнению с традиционно используемыми дорогостоящими комплексами.

«При синтезе циклопропанов могут получаться пары энантиомеров, но лишь один из них можно далее использовать для синтеза лекарств. С помощью предложенного катализатора нам удалось получить широкий набор циклопропанов с высокой избирательностью. Среди них были синтетические предшественники антидепрессанта Транилципромина и препарата Тикагрелора, применяемого для профилактики инсульта», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Кройтор, кандидат химических наук, младший научный сотрудник ИФХЭ РАН.

Затем авторы с использованием квантово-химических расчетов смоделировали механизм реакции, в которой участвовал катализатор. Моделирование не только воспроизвело соотношение продуктов, полученное экспериментально, но и позволило объяснить высокую избирательность нового комплекса. Оказалось, что ее обеспечивает сеть слабых межмолекулярных взаимодействий между катализатором и реагентами. Она правильным образом ориентирует молекулы реагентов, что и приводит к преимущественному образованию нужного продукта.

«Разработчики катализаторов часто фокусируются на создании тесного окружения активного центра катализатора, требующего сложной химической модификации или использования сильных межмолекулярных взаимодействий. Все это ограничивает возможности синтеза новых катализаторов, если при этом упускать из вида более слабые взаимодействия. Наша работа бросает вызов традиционно используемым подходам и предлагает решение, которое может привести к получению еще более избирательных каталитических систем, в том числе для получения фармацевтических препаратов», — подводит итог руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Мартынов, член-корреспондент РАН, ведущий научный сотрудник ИФХЭ РАН.