От отровата до лекарството – един атом. Химиците разгадаха 80-годишна загадка, която пречеше за създаване на безопасни молекули

Откритието може да ускори и да направи по-евтино синтезирането на молекулите за лекарствата.

От десетилетия химиците гледат на една стара реакция по същия начин като на капризен механизъм: тя работи, но е почти невъзможно да се предвиди резултатът. Сега изследователи от университета „Сейнт Андрюс“ заявиха, че са открили липсващия елемент в 80-годишната загадка и са научили как да контролират това, което преди се е изплъзвало от контрол. Ако откритията се потвърдят при широк спектър от условия, това би могло значително да опрости производството на фини органични вещества, включително на лекарствени компоненти.

Става въпрос за така нареченото [1,2]-Витигово пренареждане. При него се извършва пренареждане на атомите в молекулата, като се създават нови връзки и потенциално се позволява по-бързото сглобяване на сложни структури. Проблемът е, че за съвременната фармахимия е важна не само самата структура, но и нейната пространствена „ориентация“. Много молекули са хирални: те са асиметрични и съществуват в две огледални версии, условно „дясна“ и „лява“. Често само единият вариант има терапевтичен ефект, докато вторият вариант е или по-слаб, или може да предизвика нежелани странични ефекти. Ето защо задачата за „сглобяване на правилната страна отведнъж“ в химията на лекарствата е от решаващо значение.

Пренареждането на Витиг е известно от повече от 80 години, но се е смятало за твърде непредсказуемо именно по отношение на хиралността. Химиците са се опитвали да я накарат постоянно да дава продукта на едната „страна“, но не са успели нито веднъж. С напредването на реакцията се е смятало, че контролът върху хиралността се губи, което е довело до това, че методът почти не се използва в съвременната асиметрична каталитична химия, въпреки потенциалната му полезност.

Екипът от Сейнт Андрюс, заедно с колегите си от Университета в Бат, подходи към проблема по нов начин. Те комбинираха чисти лабораторни експерименти с квантовохимични изчисления и разгледаха реакцията „под микроскоп“, стъпка по стъпка. И установиха, че процесът не е толкова прост, колкото се смяташе досега. Вместо един директен акт на пренареждане има каскада от събития: първо, катализаторът насочва молекулата през асиметричната стъпка, която задава желаната хиралност. И след това се извършва фино, неподозирано досега „разбъркване“ в молекулата, което, противно на предишните очаквания, не разрушава вече установената ориентация, а я запазва.

Според авторите именно този скрит етап е липсващото парче от пъзела. Досега се предполагаше, че щом започне пренареждането, „паметта“ за хиралността неизбежно се изтрива. Новите резултати показват, че при подходящи условия молекулата е в състояние да се пренареди, без да губи триизмерната си конфигурация. Това обяснява защо предишните подходи са се проваляли и показва как сега може надеждно да се контролира протичането на реакцията.

„Това откритие означава фундаментална промяна в начина, по който разбираме и контролираме стереохимията в реакциите на пренареждане“,

казва ръководителят на статията, професор Андрю Смит от Университета в Сейнт Андрюс.

Съавторът от Бат д-р Матю Грейсън добави, че резултатите „отварят вратата“ към нови асиметрични трансформации, които досега са били смятани за недостъпни.

Практическите последици звучат просто: по-бързо, по-чисто и по-селективно е да се получат сложни молекули в една правилна позиция. Това е особено важно за проектирането и производството на лекарства, където прецизността на пространствената структура често решава дали една молекула ще се превърне в лекарство или в отрова. Същевременно полза имат и другите области на финия органичен синтез – от материалите до агрохимията. И може би най-важното в тази история е, че дори класическите реакции, които изглеждат изучени открай докрай, понякога крият неочакван механизъм, който променя правилата на играта.