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.
Фото ядов для катализаторов. Источник: Дмитрий Перекалин
Московские ученые придумали специальный яд, который отравляет половину молекул катализатора, чтобы заблокировать синтез нежелательной «зеркальной» формы продукта. Исследование выполнено приподдержке Российского научного фонда (РНФ) иопубликовано в ведущем научном журнале Chemical Communications.
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. Стоит отметить, что свойства «правой» и «левой» молекулы разные: 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», — комментирует руководитель проекта по гранту РНФ Дмитрий Перекалин, доктор химических наук, заведующий лабораторией Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова (Москва).
Группа химиков из ИНЭОС решила не разделять смесь катализаторов, а просто дезактивировать одну из их «зеркальных» форм. Для этого были разработаны 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 с помощью метода квантово-химического моделирования.
Результаты работы 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%.