В этом году лауреатами Нобелевской премии по химии стали ученые из США Каролин Бертоцци и Барри Шарплесс, а также датчанин Мортен Мелдал. Награду им присудили за вклад в развитие клик-химии. Эта технология отличается от традиционных методов тем, что позволяет быстрее и эффективнее соединять молекулярные блоки. С ее помощью уже находят новые лекарства и полимеры, а также борются с раком.
Сделать проще — непросто
С середины XX века для получения новых соединений ученые используют процессы, подражающие природным. Они высокоэффективны при производстве большого количества давно известных веществ. Однако медленные и многостадийные превращения, происходящие в естественной среде, не могут служить образцом для амбициозных задач тонкого органического синтеза. Чтобы создать новые лекарства и материалы, нужно синтезировать много сложных соединений. Классические методы в этом случае слишком трудозатратные и дорогие, ведь требуется несколько десятков реакций, а выход оказывается во много раз меньше массы исходного сырья.
В 2001 году Барри Шарплесс познакомил мир с концепцией клик-химии. Он предложил определить набор реакций, которые позволят создавать ковалентные связи между любыми молекулярными блоками. Реакции должны быть простыми и надежными, выгодными и безопасными. Такой новый метод способен облегчить работу ученых. Была одна проблема — под критерии Шарплесса не подходило ни одно химическое взаимодействие.
Жемчужина клик-реакций
В 2002 году Мортен Мелдал и Барри Шарплесс независимо друг от друга открыли в своих лабораториях реакцию азид-алкинового циклоприсоединения, катализируемую медью. Она до сих пор остается самой популярной клик-реакцией. При участии медного катализатора между собой реагируют цепочка из трех азотов и два углерода с тройной связью. К этим молекулам можно прицепить какие угодно «строительные блоки», которые в результате окажутся соединены в структуру в форме кольца. Так химики научились «по щелчку» создавать соединения веществ, которые раньше могли «подружиться», только пройдя через множество сложнейших процессов.
В живом организме
Каролин Бертоцци получила награду в том числе за изобретение и развитие биоортогональной химии — таких реакций, которые не мешают физиологическим процессам в живых организмах. Клик-реакции могут происходить в любых биологических жидкостях, но медь — тяжелый металл, поэтому в больших количествах опасна для человека. Исследовательская группа Бертоцци смогла сохранить скорость азид-алкинового циклоприсоединения и без катализатора благодаря повышению реакционной способности алкина.
Лего-технологии позволили ученой «пристегнуть» флуоресцентные молекулы к гликанам — сахарам на поверхности клетки, а затем исследовать их в движении. Раньше можно было получить лишь статические изображения этих полисахаридов. Гликаны способны прятать раковые клетки от иммунитета, поэтому изучать их так важно. Также методы клик-химии позволят более точно доставлять химиотерапию в клетки опухоли, ведь именно они, а не здоровые клетки, будут обладать кусочком лего, отвечающим своей паре во введенном препарате.
Автор: Евгения ДЕМША
