Ученые нарушили правило химии, которому уже 100 лет, и синтезировали класс молекул, которые, как считалось ранее, были слишком нестабильными для образования.
Рассматриваемые молекулы нарушают правило Бредта, которое описывает, где в классе трёхмерных химических соединений могут возникать определённые типы связей. Успешный синтез этих «анти-Бредтовых» молекул, описанный 1 ноября в журнале Science, может помочь учёным создавать новые виды лекарств.
«Если есть правило, которое гласит, что что-то абсолютно невозможно, то, возможно, вы просто не придумали правильный способ решить эту задачу. И если вы это сделаете, то на самом деле это может оказаться не таким сложным, как вы думаете», — рассказал Live Science первый автор исследования Лука МакДермотт, химик-органик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Молекулы анти-Бредта относятся к классу соединений, известных как олефины. Олефины имеют по крайней мере одну двойную связь — прочную химическую связь, состоящую из двух пар электронов, — соединяющую два атома углерода. Каждый из этих атомов углерода обычно находится в той же плоскости, что и другие атомы, с которыми он связан.
В начале XX века немецкий химик Юлиус Бредт изучал двойные связи в бициклических молекулах — группе химических веществ, состоящих из двух кольцеобразных структур, соединённых вместе. Чтобы получить представление о форме этих бициклических молекул, представьте, что вы складываете пополам две пятисторонние липкие ленты и склеиваете их друг с другом. В результате получится примерно Y-образная трёхмерная структура.
Правило Бредта, основанное на его лабораторных наблюдениях, гласит, что атомы углерода в местах соединения этой «Y»-образной структуры, также известной как мостиковая позиция, не могут иметь двойную связь. Поскольку мостиковый атом углерода и окружающие его атомы не лежат в одной плоскости, Бредт предсказал, что появление двойной связи в мостиковой позиции сделает молекулу слишком нестабильной для существования.
Теперь Макдермотт и его коллеги нашли способ получения анти-Бредт-олефинов и использовали этот метод для синтеза сложных трёхмерных молекул. Поскольку анти-Бредт-олефины нестабильны и очень реакционноспособны, команда не смогла выделить их напрямую в ходе нового исследования. Вместо этого они добавили другие молекулы, которые могли сразу вступить в реакцию с анти-Бредт-олефинами и образовать более стабильные продукты. Это позволило им экспериментировать с несколькими различными вариантами анти-Бредт-олефинов и их более стабильными продуктами.
Реакции с использованием олефинов, не вступающих в реакцию Бредта, могут открыть путь к новым типам лекарств, рассказал Live Science соавтор исследования Нил Гарг, профессор и химик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. По его мнению, жёсткие трёхмерные структуры могут лучше взаимодействовать с белками в организме, чем существующие плоские лекарственные соединения.
Исследователи заявили, что в будущем они планируют синтезировать больше соединений с необычными структурами и изучить новые типы реакций.
«Если мы можем поставить под сомнение [правило Бредта] спустя 100 лет и расширить его границы, то, вероятно, есть и другие правила, которые ждут пересмотра», — сказал Гарг.