Новости химической науки > Органический дайджест 206

В этом выпуске дайджеста: микрореактор для оптимизации получения витамина D-3; получение дендримеров 4 поколения с помощью шаблонов из ДНК; синтез «четырехантраценового» порфирина; новый тип посттрансляционной модификации белков и бетаины катализируют реакцию эпоксидов с углекислым газом.

Микрореактор помог исследователям из Японии скомбинировать фотоинициируемые и термоинициируемые реакции, оптимизировав при этом синтез витамина D-3.

Рисунок из Chem. Commun., DOI: 10.1039/c0cc02239j

В настоящее время во многие пищевые продукты добавляют синтетический витамин D-3, однако в промышленности это соединение получают с выходом всего лишь в 20% или даже менее. Предпоследняя стадия промышленного синтеза витамина представляет собой фотоинициируемую изомеризацию, которая не является селективной реакцией, при этом отделение побочных продуктов от целевого представляет собой непростую задачу.

Синихиро Фусе (Shinichiro Fuse) из Технологического Университета Токио предлагает решить проблему образования побочных соединений с помощью микрореакторного процесса, проткающего в потоке. Разработанный исследователями микрореактор позволяет последовательно осуществлять фотохимическую изомеризацию и термохимическую изомеризацию [1].

Проведение реакции таким способом позволяет избежать образования большого количества побочных продуктов, увеличив при этом выход витамина D-3 более, чем в 1,5 раза – выход целевого продукта в соответствии с новым подходом составляет 32%, это максимально доступный в настоящее время выход витамина D-3 в реакции, проводившейся без применения специального лазерного оборудования, а также первый пример комбинации термической и фотохимической реакций в рамках одного реактора. В настоящее время Фузе с соавторами пытаются разработать методы получения аналогов витамина D-3 с помощью нового реактора.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 18054

Готелф (K. V. Gothelf) с коллегами из Университета Аарус (Дания) разработал реакции «click»-сочетания для получения иерархических систем дендримеров, используя в качестве шаблона молекулы ДНК [2].

Исследователи получили полиамидоаминовые дендримеры 4 поколения (G4); диаметр таких порфиринов составляет около 5 нанометров, на поверхности таких дендримеров размещается 64 карбоксильных групп. Затем карбоксильные группы были конвертированы в алкиновые или азидные фрагменты, с которыми затем и проводились «click»-реакции, в результате такой модификации диаметр дендримеров увеличился до 6.5 нм.

Сочетание с молекулой ДНК осуществляли за счет реакции соответствующего дендримера и комплементарным участком молекулы ДНК, модифицированной азидным или алкиновым фрагментом. Как и предполагалось, подвижность коньюгата ДНК-дендример уступала подвижности самого карбоксилированного дендримера. Олигомеры коньюгатов ДНК получали исходя из простой одноцепочечной ДНК по принципу a’–b’. ДНК ускоряла самосборку систем DNAa–G4 алкин и DNAb–G4 азид, катализируемая соединениями Cu(II) реакция протекает быстро, позволяя относительно быстро (менее получаса) получать практически чистые целевые продукты.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja109671f

Химики из Оксфорда смогли разработать метод получения порфирина, на периферии которого присутствует четыре антраценовых фрагментов – предположения, что такая молекула будет характеризоваться исключительными электронными свойствами и может использоваться использования в электронных приборах, было сделано еще 35 лет назад [3].

В группе Гарри Андерсона (Harry L. Anderson) был получен тетраантраценилпорфирин. Для синтеза этой молекулы исследователи окисляли мезо-антраценильный порфирин никеля хлоридом железа. Молекулы отличаются сильным поглощением света в ближнем инфракрасном диапазоне (1417 нм), что необычно для органических соединений. Ближняя область ИК (800–1600 нм) важна для применения в создании систем оптико-волоконных коммуникаций или приборов ночного видения, поэтому необходима разработка красителей, способных работать в этой спектральной области.

Изучение кристаллической структуры полученного порфирина показало, что в кристалле эта форма порфирина образует прочные димеры, связанные π-стекинг взаимодействиями, на основе этих димеров могут быть получены плоские системы «молекулярного графена», которые могут использоваться для создания органических полупроводников и анизотропных оптических красителей.

Рисунок из Nat. Chem. Biol., 2011 7, 58

Специалисты в области протеомики из Университета Чикаго обнаружили неизвестный ранее способ посттрансляционой модификации белков [4].

Посттрансляционная модификация часто играет важную роль в регуляции клеточных процессов. С помощью масс-спектрометрии Инмин Жао (Yingming Zhao) с соавторами обнаружил посттрансляционное сукцинилирование остатка лизина в пептидной части фермента изоцитратдегидрогеназы – фермента, участвующего в катализе цикла лимонной кислоты, затем реакция остатка лизина с сукцинат-анионом была подтверждена рядом дополнительных, независимых физических методов анализа.

Исследователи также обнаружили, что сукцинилирование остатков лизина сохранилось при эволюционном переходе от клеток микроорганизмов к клеткам млекопитающих. Фермент, который отвечает за протекание обнаруженной посттрансляционной модификации как и ее значения для процессов обмена веществ в настоящий момент изучаются.

Рисунок из Org. Lett., 2010, 12 (24), 5728

Низкая реакционная способность CO₂ стимулирует исследователей искать способы его каталитической активации для применения в органическом синтезе. В группе Сакаи (T. Sakai) из Университета Окаяма ранее было обнаружено, что бетаины являются эффективными катализаторами реакций, протекающих по типу реакций Манниха. Исследователи использовали бетаиновый органокатализатор для непосредственной активации CO₂ и последующего взаимодействия с эпоксидами. Было обнаружено, что бетаин является наиболее эффективным катализатором реакции CO₂ с эпоксидами различного строения. В ряде случаев выход целевого продукта – циклического карбоната может достигать 99% [5].

Изучая механизм работы катализатора, исследователи выделили ключевой интермедиат, который они описывают как аддукт бетаин-CO₂. Для того, чтобы подтвердить участие этого аддукта в химической реакции, исследователи обработали этот аддукт избытком эпоксида в стандартных условиях, предложенных для органокаталитической реакции и, в итоге, получили ожидаемый циклический карбонат. Исследователи предполагают, что карбоксилатный аддукт взаимодействует с эпоксидом, первоначально образуя ациклический карбонат, который затем циклизуется в конечный продукт реакции.

Помимо прочего аддукт бетаин-CO₂ образуется при температуре 15°C, что, возможно, позволит использовать разработанный исследователями бетаин для улавливания и хранения углекислого газа.

Первые новогодние анонсы: в журнале Tetrahedron могут оказаться интересными обзоры, посвященные применению катализируемого комплексами меди (I) циклоприсоединения алкин-азид в получении углеводных лекарственных препаратов и неогликополимеров [6], каталитическом асимметрическом синтезе с использованием P-хиральных диаминфосфиоксидных прелигандов [7] и обзор про факторы, определяющие положения равновесия норкарадиен-циклогептатриен [8] (в отличие от предыдущих, доступных по личной или корпоративной подписке на Tetrahedron, последний обзор находится в открытом доступе).

Источники: [1] Chem. Commun., DOI: 10.1039/c0cc02239j; [2] J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 18054; [3] J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja109671f; [4] Nat. Chem. Biol., 2011 7, 58 doi:10.1038/nchembio.495; [5] Org. Lett., 2010, 12 (24), 5728; DOI: 10.1021/ol102539x; [6] Tetrahedron, 2010, 66, 49, 9475; doi:10.1016/j.tet.2010.10.001; [7] Tetrahedron, 2011, 67, 4, 667; doi:10.1016/j.tet.2010.11.069; [8] Tetrahedron, 2011, 67, 1, 9; doi:10.1016/j.tet.2010.10.030

метки статьи: #квантовая химия, #кинетика и катализ, #медицинская химия, #молекулярная электроника, #нанотехнологии, #органическая химия, #органический синтез, #химия полимеров