Новости химической науки > Железный конь идет на смену колбе синтетика

Новая машина для получения сложных молекул может сделать для химии то, что 3-D-печать сделала для инженерии – получать новые вещества быстро, в гибком режиме и сделать синтез доступным практически для каждого.

Химики из Университета Иллинойса, работающие под руководством профессора Мартина Бёрке (Martin D. Burke), создали машину, способную получать сложные низкомолекулярные соединения «в несколько щелчков мышью» – своеобразный молекулярный аналог трехмерного принтера. Автоматизированный процесс может оказаться весьма перспективным для ускорения хода разработки новых лекарственных препаратов и других технологий, в которых нужны новые низкомолекулярные соединения.

Рисунок из Science, 2015 DOI: 10.1126/science.aaa5414

Как отмечает Бёрке, исследователи хотели адаптировать очень сложный процесс, а его упрощение позволяет провести автоматизацию, что, в свою очередь, может значительно расширить возможности синтеза низкомолекулярных соединений с практически полезными свойствами, позволяя получать новые вещества даже неспециалистам.

Низкомолекулярные соединения представляют собой специфический класс веществ сложного строения с относительно компактной структурой, которые играют существенную роль в биохимии природных соединений. Эти вещества очень важны для фармацевтической химии – большая часть лекарственных препаратов представляет собой именно малые низкомолекулярные соединения, которые являются регуляторными и сигнальными веществами в клетках и тканях. Низкомолекулярные соединения могут также использоваться при изготовлении солнечных батарей и светоизлучающих диодов.

Одной из проблем, затрудняющих разработку функциональных низкомолекулярных соединений, является сложность в получении этих соединений. Зачастую квалифицированному химику приходится проводить месяцы и даже годы за синтезом вещества, после которого следует изучение свойств и возможностей практического применения продукта этого синтеза. По словам Бёрке, именно синтез является тем самым «бутылочным горлом», ограничивающим скорость прогресса в фармацевтике и других областях.

Стратегия группы по упрощению и автоматизации синтеза заключалась в разбиении сложных молекул на более простые строительные блоки, которые можно сгруппировывать в более комплексные структуры. Такие химические блоки могут быть объединены в результате одинаковых простых реакций – тут уместна аналогия со строительными блоками конструктора «Лего», которые, несмотря на различие форм, объединяются друг с другом по одинаковому механизму. Многие из строительных блоков, использованных группой Бёрке, доступны коммерчески.

Для автоматизации процесса сборки строительных блоков в окончательные продукты исследователи разработали метод «захвата и высвобождения», который позволяет единовременно встраивать в структуру синтезируемого вещества по одному строительному блоку, перед введением очередного строительного блока избытки предыдущего вымываются из реакционной смеси. Продемонстрировано, что созданная машина может синтезировать 14 классов низкомолекулярных соединений, включая труднодоступные для синтеза циклические и гетероциклические соединения.

Источник: Science, 2015 DOI: 10.1126/science.aaa5414

метки статьи: #медицинская химия, #органическая химия, #органический синтез