Ряд важных соединений существует в двух «зеркальных» формах, которые могут кардинально отличаться по свойствам, и для синтеза только одной из них нужно использовать соответствующую форму «зеркального» катализатора. У последнего также важно отделить нужное, что бывает очень непросто сделать. Московские ученые придумали специальный яд, который отравляет половину молекул катализатора, чтобы заблокировать синтез нежелательной «зеркальной» формы продукта. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в ведущем научном журнале Chemical Communications.
Фото ядов для катализаторов. Источник: Дмитрий Перекалин
Многие ценные органические молекулы — лекарства, ароматизаторы, гербициды — имеют несимметричное строение и существуют в форме двух «зеркальных» отражений, которые относятся друг к другу, как правая и левая рука. Они называются энантиомерами. При этом свойства «правой» и «левой» молекулы отличаются: одна из них может оказаться лекарством, а другая ядом. Потому получение молекул только в одной форме — очень важная задача, и усилия ученых в этой области были отмечены в прошлом году Нобелевской премией. Ее лауреаты Бенджамин Лист и Дэвид Макмиллан разработали асимметрический органокатализ, который позволяет синтезировать «зеркальные» молекулы из обычных, используя «зеркальные» катализаторы — ускорители реакции.
«Для синтеза “правой” или “левой” формы конечного вещества используют соответствующую форму катализатора — “правую” или “левую”. Однако и сами катализаторы надо как-то разделить на отдельные энантиомеры. Год назад мы разработали для этого специальную молекулярную руку, способную вылавливать нужный катализатор из смеси. В этом процессе очень важна избирательность — ошибки могут дорого стоить, особенно если мы будем синтезировать лекарства или препараты для сельского хозяйства», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Дмитрий Перекалин, доктор химических наук, заведующий лабораторией Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова (Москва).
В своей новой работе группа химиков из ИНЭОС пошла дальше и решила не разделять смесь катализаторов, а просто дезактивировать одну из их «зеркальных» форм. Для этого авторы разработали специальные яды, которые связывали и тем самым блокировали только «левые» молекулы. В результате не требовалось очищать смесь и «вылавливать» необходимое. Интересно, что структуру и избирательность яда можно подобрать под конкретный случай, используя методы квантово-химического моделирования.
То, насколько хорошо работает предложенный подход, авторы проверили в реакции циклопропанирования, которую широко используют для получения инсектицидов — препаратов для борьбы с насекомыми-вредителями. Некоторые из ядов настолько эффективно блокировали одну из форм катализатора, что нужный, «правый» продукт был получен с выходом 98%.
«В целом этот подход поможет расширить возможности химического синтеза, так как позволяет использовать многочисленные катализаторы, которые пока не удается разделить на “правые” и “левые” обычными способами», — подводит итог Дмитрий Перекалин.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
