Ученые создали метод синтеза сложных молекул в один шаг для разработки лекарств

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами предложили новый метод модификации ароматических соединений. Он позволяет в один шаг провести процесс деароматизации и «прикрепить» к соединению несколько функциональных групп, чтобы усилить или придать ему новые свойства. Результаты работы политехников могут лечь в основу создания более эффективных лекарств и улучшить свойства материалов. Результаты исследований ученых опубликованы в журнале Nature communications.

Ароматические соединения – это обширный класс органических веществ, которые используют в качестве основных строительных блоков в химической промышленности. Они могут быть легко функционализированы (модифицированы) и даже полностью восстановлены до неароматических веществ. Однако это довольно сложный процесс, так как ароматические соединения очень неохотно вступают в реакции деароматизации.

Существует несколько методов решения этой проблемы, один из самых перспективных – восстановление через деароматизирующие последовательности с одновременной фунционализацией. Суть метода заключается в разрушении ароматического кольца соединения и добавлении в него новых функциональных групп. Это позволяет выстраивать сложные трехмерные каркасы молекул. Однако сам процесс частичного восстановления через деароматизационные последовательности недостаточно изучен и занимает много времени.

Ученые Томского политеха совместно с коллегами из Швеции предложили новый метод модификации ароматических соединений через селективную спироциклизацию и иминирование. Для проведения реакции политехники использовали бифункциональные оксимы и карбонаты. Эти реагенты активируются фотокатализом с помощью видимого света, что позволяет не только проводить «мягкую» деароматизацию, но и присоединить одновременно несколько функциональных групп.

«На начальном этапе синтеза происходит активация реагентов с помощью фотокатализа. Видимый свет запускает реакцию, в ходе которой образуются радикалы. Они затем быстро реагируют с акцепторами радикалов (молекулой или ее частью, принимающей электроны – ред.), что приводит к образованию сложных структур – спироциклов, а также делает возможным введение новых функциональных групп – иминов. Получающиеся в результате соединения обладают высокой реакционной способностью. Это делает их подходящими для дальнейших реакций, например, в качестве промежуточных продуктов в синтезе фармацевтических соединений. Сам синтез сложных соединений с созданием комплексных трехмерных структур проходит за один-единственный шаг», — отмечает одна из авторов исследования, заведующая лабораторией «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» ТПУ Елена Степанова.

По словам ученых, проведение функционализации с помощью нового метода обеспечивает образование сразу нескольких химических связей одновременно. Так, за один синтетический шаг можно создать до четырех различных связей, включая «углерод-кислород», «углерод-углерод» и «углерод-азот».

Ученые апробировали метод на известных лекарствах для лечения дислипидемии (заболевания, при котором в крови повышается уровень холестерина, триглицеридов и липопротеинов – ред.). В рамках эксперимента в препаратах с помощью нового метода модифицировали бензольное ядро молекул, чтобы создать новые производные, который могли бы улучшить их биологическую активность или изменить фармакокенетику (процессы всасывания, распределения, метаболизма и выведения лекарства в живом организме – ред.).

В результате эксперимента ученым удалось активировать молекулы и инициировать реорганизацию их структуры с высоким выходом новых производных. Весь процесс реакции занял всего несколько часов, в то время как классические методы для конструирования аналогичных структур могут занимать дни и даже месяцы.

«Примечательно то, что использование нашего метода позволяет модифицировать различные сложные соединения, например, лекарственные препараты, аминокислоты, сахара и даже неактивированные алканы. Это в будущем может значительно упростить синтез сложных биологических соединений, необходимых для медицинских и фармацевтических исследований», — добавляет Елена Степанова.

Разработанный политехниками метод может быть применим в фармакологии для создания более эффективных лекарств, материаловедении для улучшения свойств материалов и аналитической химии для идентификации других соединений и оптимизации фармакологических производств.

В исследовании приняли участие ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха и Королевского технологического института (Швеция).