Можете ли вы представить себе спасительную молекулу, "близнецом" которой является смертельный яд? Какой бы удивительной это ни казалось, эта химическая реальность известна как "хиральность". Подобно правой и левой руке, две молекулы могут иметь одинаковый состав, но разную форму и расположение в пространстве. И эта разница может изменить все. Понимание и контроль этого явления имеют решающее значение для разработки лекарств. Команда из Женевского университета (UNIGE) в сотрудничестве с Пизанским университетом разработала новое семейство удивительно стабильных хиральных молекул. Эта работа открывает новые перспективы для разработки лекарств с регулируемой геометрией. Она опубликована в журнале Американского химического общества.
Молекула или любой другой объект называется хиральным, если он не может быть наложен на свое зеркальное отражение какой-либо комбинацией поворотов, перемещений и геометрических изменений. Это похоже на наши две руки, которые кажутся идентичными, но не могут быть наложены друг на друга, независимо от того, если смотреть с тыльной стороны или с ладони. Эта универсальная молекулярная асимметрия требует от химиков разработки хиральных молекул, способных точно взаимодействовать с живыми системами.
Внутри молекулы хиральность часто возникает из-за присутствия одного или нескольких центров асимметрии, известных как стереогенные центры. Они часто состоят из центрального атома углерода, который сам связан с четырьмя различными группами или цепочками атомов, обычно также углеродных. Группа, возглавляемая Жеромом Лакуром, профессором кафедры органической химии школы химии и биохимии факультета естественных наук UNIGE, создала стереогенный центр нового типа. На этот раз центральный атом углерода окружен не углеродными цепочками, а только атомами кислорода и азота. Первый в области химии.
"Молекулы с этим новым типом стереогенного центра никогда ранее не выделялись в стабильной форме. Их синтез и характеристика знаменуют собой крупный концептуальный и экспериментальный прорыв", - объясняет Жером Лакур.
Выдающаяся стабильность
Стабильность хиральных молекул является особенно важным параметром. Пары зеркальных молекул структурно очень близки, и во многих случаях возможно самопроизвольное переключение с одной на другую, например, под воздействием температуры. Как если бы левая рука внезапно превратилась в правую. Таким образом, мы могли бы переключиться с лекарственного средства на неактивную или даже токсичную молекулу! Новые молекулярные структуры, разработанные командой UNIGE, обладают исключительной хиральной стабильностью, а это означает, что переход от одной молекулы к ее зеркальной сестре особенно маловероятен.
Оливье Виудес, аспирант и первый автор исследования, объясняет: "Используя методы динамической хроматографии и расчеты квантовой химии, мы показали, что для получения первой молекулы потребовалось бы 84 000 лет при комнатной температуре, чтобы половина образца превратилась в свою зеркальную молекулу". Для лекарственного средства такая стабильность гарантирует безопасное хранение без необходимости в особых условиях. Для второй молекулы это время было оценено в 227 дней при температуре 25°C.
Новые стереогенные центры, разработанные женевской командой, должны позволить создавать стабильные, контролируемые, трехмерные хиральные молекулы. Эти структуры открывают новые возможности для разработки лекарственных средств и создания новых материалов. "Эти новые стереогенные центры предлагают новый способ организации молекулярного пространства. Они открывают совершенно новую степень свободы и воображения в химическом синтезе", - заключает Дженнаро Пескителли, профессор Пизанского университета и один из главных авторов статьи.
Комментарии