По пунктам:
- Клик-химия и биоортогональная химия — что это такое и для чего нужно?
- Как проходят реакции в клик-химии?
- Нобелевскую премию по химии присудили сразу троим ученым. Какой вклад в науку внес каждый из них?
- Как эти исследования повлияют на науку и жизнь обычных людей?
- А какие важные проблемы ученые решают сейчас с помощью клик-реакций?
Клик-химия и биоортогональная химия — что это такое и для чего нужно?
Каждый химик-органик стремится проводить реакции как можно быстрее и при более щадящих условиях — без большого давления и повышенных температур. При этом ученые хотят получать вещество с необходимой сложной структурой. Это стало возможным с открытием клик-реакций. При этом слово «клик» в названии означает «быстро», то есть буквально «клик» — и готово.
Клик-реакции можно проводить в разных средах и даже внутри живых объектов, не мешая протекающим в них естественным процессам ― и это особенно интересно. В этом ученым помогает биоортогональная химия. Это направление непосредственно изучает проведение реакций в живых клетках. Эксперименты с клик-реакциями уже проводили на таких клетках, чтобы создать конкретное лекарство или контрастный индикатор прямо внутри клетки, например раковой.
Клик-реакции можно проводить в разных средах и даже внутри живых объектов, не мешая протекающим в них естественным процессам ― и это особенно интересно. В этом ученым помогает биоортогональная химия. Это направление непосредственно изучает проведение реакций в живых клетках. Эксперименты с клик-реакциями уже проводили на таких клетках, чтобы создать конкретное лекарство или контрастный индикатор прямо внутри клетки, например раковой.
Как проходят реакции в клик-химии?
Суть работы клик-реакций в том, что ученые нашли универсальные «хвостики» — очень реакционноспособные фрагменты молекул, к которым относится, например, тройная связь между углеродом С (алкины) или двойная связь между двумя азотами N (азиды). «Хвостики» цепляются к различным молекулам и сшивают их вместе. Так появляются новые соединения.
Нобелевскую премию по химии получили сразу три ученых. Какой вклад в науку внес каждый из них?
Барри Шарплесс уже дважды становится Нобелевским лауреатом по химии, а это большая редкость. Первый раз в 2001 году он вместе с Рёдзи Ноёри и Уильямом Ноулзом получил премию за исследования, которые используются в фармацевтической промышленности, — создание хиральных катализаторов окислительно-восстановительных реакций. В частности, Нобелевский комитет отметил Барри Шарплесса за создание реакции энантиоселективного эпоксидирования алкенов, которую позже назвали в честь ученого. А в 2000-х годах он стал заниматься новым направлением. Тогда Барри Шарплесс предложил концепцию научного метода, который помогает эффективно и надежно соединять органические молекулы. В конечном счете это привело к развитию клик-химии.
Позже Барри Шарплесс и Мортен Мелдал независимо друг от друга провели реакцию между двумя разными функциональными группами молекул (азидной и алкиновой) с помощью катализатора меди. А Каролин Бертоцци улучшила разработанное азид-алкиновое циклоприсоединение, проведя реакцию без катализатора. Также исследовательница показала перспективы применения клик-реакции в биоортогональной химии. Клик-реакцию можно использовать для предсказания путей синтеза и генерации баз данных возможных продуктов, которые будут преодолевать гематоэнцефалический барьер (это физиологическая преграда между кровеносной и центральной нервной системой, которая не пропускает часть препаратов, помогающих бороться с неврологическими патологиями, например инсультом мозга). В конечном счете это позволит доставлять лекарства непосредственно в мозг.
Позже Барри Шарплесс и Мортен Мелдал независимо друг от друга провели реакцию между двумя разными функциональными группами молекул (азидной и алкиновой) с помощью катализатора меди. А Каролин Бертоцци улучшила разработанное азид-алкиновое циклоприсоединение, проведя реакцию без катализатора. Также исследовательница показала перспективы применения клик-реакции в биоортогональной химии. Клик-реакцию можно использовать для предсказания путей синтеза и генерации баз данных возможных продуктов, которые будут преодолевать гематоэнцефалический барьер (это физиологическая преграда между кровеносной и центральной нервной системой, которая не пропускает часть препаратов, помогающих бороться с неврологическими патологиями, например инсультом мозга). В конечном счете это позволит доставлять лекарства непосредственно в мозг.
Как эти исследования повлияют на науку и жизнь обычных людей?
Ученых всегда интересовало, как собрать между собой разные частицы в единую молекулу, чтобы у нее появлялись новые полезные свойства. С помощью клик-реакции как раз стало возможным проводить синтез лекарств, появились новые возможности для диагностики, новые материалы в энергетике и мембранные технологии, а также у ученых получилось разработать способы хранения информации на молекулярном уровне.
А какие важные проблемы ученые решают сейчас с помощью клик-реакций?
За 20 лет технология клик-реакции распространилась очень широко. Ее используют многие научные группы, в том числе исследователи научно-образовательного центра инфохимии ИТМО. Специалисты изучают механизмы реакций, чтобы улучшать выход продуктов (этот коэффициент показывает, сколько массы продукта получится при теоретических расчетах и после эксперимента) или собирать принципиально новые большие комплексы и молекулы, которые будут полезны для таргетной доставки лекарств. Например, ученые НОЦ инфохимии написали программу NeuroClick для веществ, которые смогут преодолевать гематоэнцефалический барьер. Тем не менее, все еще остается много направлений, в которых можно развивать технологию клик-реакции. Например, можно уточнять механизмы реакций и подбирать условия, чтобы синтез проходил быстрее и более результативно.
