Новости химической науки > Органический дайджест 150

Сегодня в дайджесте: соли меди (II) способствуют необычной эффективности «click»-реакций; полимерный химический сенсор для определения пикомолярных концентраций никеля; растворение золота без сильных кислот; чувствительные флуоресцентные пробы для определения лигатирования на матрице нуклеиновых кислот и новый металлопротеидный кластер.

Реакция алкинов и азидов, протекающая с образованием 1,4-замещенных 1,2,3-триазолов («click»-реакция), находит широкое применение – от разработки новых материалов до получения фармацевтических препаратов. Чаще всего эта реакция основана на in situ образовании производных Cu(I) за счет восстановления CuSO₄ аскорбатом натрия в водной среде. Однако реакция могла бы стать эффективнее без необходимости в использовании восстановителя.

Рисунок из Org. Lett. 2009, 11, 4954

Жу (L. Zhu) с соавторами отмечают, что восстановление Cu(II) до Cu(I) может происходить под действием изопропанола. Исследователи изучили реакцию 2-пиколилазида (1) с фенилацетиленом (2) в окисляющихся спиртовых растворителях. Использование системы Cu(OAc)₂/t-BuOH позволило получить гетероциклический продукт (3) с выходом 95%. Ранее изученная комбинация CuSO₄/t-BuOH позволяла получить лишь 6% соединения 3 [1].

Реакция протекает быстро и в мягких условиях. Так, взаимодействие 1 с пропаргиловым спиртом в присутствии 1–5 молярных процентов Cu(OAc)₂ в t-BuOH завершается за 60-120 секунд. Насколько известно, новая реакция представляет собой наиболее быструю «click»-реакцию, протекающую при комнатной температуре.

В настоящее время проводятся интенсивные работы в области разработки сенсорных систем, способных генерировать сигнал-отклик в режиме реального времени. Однако большая часть таких сенсорных систем отличается медленным откликом, низкой чувствительностью и плохой селективностью.

Исследовательская группа Жу (J. Zhu) разработала флуоресцентную химическую сенсорную систему с быстрым откликом, сверхвысокой чувствительностью и отличной селективностью [2].

Рисунок из Macromolecules 2009, 42, 7634

Исследователи разработали и синтезировали полиарилентиниленовый полимер, содержащий хелатирующий металл дигидро[3,2-a:2,3-c]феназиновый фрагмент (1). Его протяженная система π-электронного сопряжения и высокое сродство к металлам позволяет быстро детектировать переходные металлы за счет гашения флуоресценции. Новая система может детектировать ионы Ni²⁺ с концентрацией 6.5 пикомоль/л, эта чувствительность на три порядка выше чувствительности обычных флуоресцентных химических сенсоров. Система отличается исключительной селективностью, другие металлы, находящиеся в аналите, не мешают определению Ni²⁺.

Золото отличается химической инертностью и высоким значением электрической проводимости. Свойства наночастиц золота существенно отличаются от свойств крупных кристаллов золота, такие нанообъекты могут найти применение в катализе, оптических и электронных приборах. Однако технологии, основанные на использовании наночастиц золота, осложняются тем, что для регенерации благородного металла необходимо применение концентрированных растворов неорганических кислот или щелочей.

Рисунок из Chem. Lett. 2009, 38, 1082

Нисида (N. Nishida), Ичикава (S. Ichikawa) и Тосима (N. Toshima) сообщают о новой реализуемой в мягких условиях «зеленой» методике растворения золота и образования его наночастиц. Для растворения золота новым способом необходим поли-N-винил-2-пирролидон [poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) (PVP)], KI и йод [3].

Перемешивание водного раствора PVP в присутствии KI и I₂ приводит к образованию трийодидного комплекса 1. К раствору, содержащему комплекс 1, добавляют смесь золота с другими металлами и нагревают полученную смесь в течение суток. По окончанию нагревания к смеси добавляют цитрат натрия и разбавленный раствор NaOH. Сверхтонкое фильтрование реакционной смеси позволяет выделить наночастицы золота (идентифицированные с помощью просвечивающей электронной микроскопии).

С помощью нового метода можно растворить медь и золото, но не серебро, платину или палладий. Предложенный авторами работы [3] механизм обнаруженной реакции включает в себя образование ионов I^3–, [AuI₂]^– и [AuI₄]^–. Медь также можно растворить, получив при этом наночастицы меди, однако в результате сверхтонкого фильтрования наночастицы золота осаждаются на фильтре, а наночастицы меди остаются в растворе.

Предложенный японскими исследователями метод основан на использовании дешевой системы PVP–KI–I₂, также известной как дезинфицирующее средство повидон-йод (povidone-iodine) и позволяет разделить смеси Au–Ag–Cu, полученные из отработанных деталей электроники.

Химические превращения с участием нуклеиновых кислот могут применяться для распознавания других нуклеиновых кислот, получения наноразмерных структур и синтеза сложных органических соединений. Хорошим методом мониторинга таких реакций является флуоресцентная спектроскопия.

Комплексы Cu(I) являются эффективными катализаторами лигатирования олигодезоксирибонуклеотидов [oligodeoxyribonucleotides (ODN)] с помощью «click»-реакций. Однако восстановленный катализатор может способствовать гашению флуоресценции, что не позволяет следить за медь-катализируемым лигатированием с помощью флуоресцентных методов.

Йенцш (E. Jentzsch) и Мокир (A. Mokhir) разработали катализируемое комплексами Cu(I) лигатирование ODN, за которым можно следить с помощью флуоресцентной спектроскопии [4].

Рисунок из Inorg. Chem. 2009, 48, 9593

Моделью исследования являлась цепь нуклеиновой кислоты, модифицированная фрагментами алкина и азида. Свободный ион Cu⁺ не может инициировать лигатирование, избыток этого иона повреждает цепь шаблона. Попытка провести реакцию в присутствии лиганда – трисбензилтриазолилметиламина (TBTA, 1) ускоряло реакцию лишь в незначительной степени; лиганд 2, трис(3-гидроксипропилтриазолилметиламин, отличается большей растворимостью и стабилизирует ион металла в воде, существенно увеличивая скорость лигатирования.

Кристаллографический анализ продукта взаимодействия тетратиомолибдата [tetrathiomolybdate (TM)] с металлошапероном дрожжей Atx1 позволил обнаружить ранее не наблюдавшийся в металлопротеидах медь-молибденовый кластер [5].

Рисунок из Science, DOI: 10.1126/science.1179907

Дрожжевой белок Atx1 структурно близок человеческому белку Atox1, который образует комплекс с белком болезни Уилсона, перенося медь. TM используют для ингибирования ряда медьсодержащих ферментов, однако структура этих комплексов до сих пор не была выяснена.

Томас О'Халлоран предполагал, что TM будет ингибировать Atx1, удаляя медь из активного связывающего кармана и образуя полимерный осадок смешанного сульфида меди-молибдена.

Однако атом меди не мигрировал из центра связывания и образовал часть гнездовидного кластера, состоящего из четырех ионов Cu⁺, иона MoS₄^2– и трех пар атомов серы от цистеиновых остатков двух белков Atx1, вовлеченного в связывание меди. Образующийся кластер приводит к тому, что TM ингибирует Atx1 медного шаперона.

Источники: [1] Org. Lett. 2009, 11, 4954; [2] Macromolecules 2009, 42, 7634; [3] Chem. Lett. 2009, 38, 1082; [4] Inorg. Chem. 2009, 48, 9593; [5] Science, DOI: 10.1126/science.1179907

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез, #химия полимеров, #элементоорганическая химия