Разработка клик-химии и биоортогональной химии

Наука и жизньНаука

Раз, два и синтез, или ещё раз о «рукопожатии» в науке

Нобелевская премия по химии 2022 года присуждена за «разработку клик-химии и биоортогональной химии». Лауреатами стали Карл Барри Шарплесс (США, лауреат Нобелевской премии по химии 2001 года), Мортен Петер Мельдаль (Дания) и Каролин Рут Бертоцци (США).

Кандидат химических наук Максим Абаев.

Слева направо. Карл Барри Шарплесс предложил концепцию клик-химии и вместе с коллегами по лаборатории нашёл клик-реакцию, катализируемую медью. Каролин Рут Бертоцци разработала вариант биоортагональной клик-реакции, пригодный для работы с биологическими объектами. Мортен Петер Мельдаль независимо от Б. Шарплесса осуществил аналогичную клик-реакцию.

«Широко простирает химия руки свои в дела человеческие» — писал Михайло Ломоносов в XVIII веке. С тех пор химия не только дотянула руки до самых разных дел, но и «отрастила» себе множество рук: помимо классических неорганической и органической химии есть ещё химия физическая, высокомолекулярная химия, биохимия, компьютерная химия, зелёная химия и ещё с дюжину разных химических направлений и смежных с ней дисциплин. Но любая из этих многочисленных «рук» основывается на изучении атомов и молекул и на том, как они расположены в пространстве, как взаимодействуют и реагируют друг с другом. Химия словно конструктор: типов разных элементов в наборе чуть больше сотни, но само их количество практически безгранично.

Задача химиков заключается не только в том, чтобы изучать то, что «нахимичила» природа, но и пытаться самим синтезировать интересующие молекулы. Это могут быть как уже существующие вещества, например изначально биологического происхождения, так и совершенно новые, не встречающиеся в природе соединения. Какие-то из них превратятся в новые лекарства, другие станут катализаторами для промышленности или из них получится сделать материал с уникальными свойствами. Современная синтетическая химия позволяет создавать самые разнообразные вещества. Дело лишь в цене синтеза.

Однако, сравнивая химию с конструктором, легко впасть в заблуждение, будто синтезировать сложные молекулы так же просто и весело, как соединять кубики. Дескать, берёшь нужные молекулы или фрагменты и просто «склеиваешь» их друг с другом. Нет, в большинстве случаев такой подход не работает. Представьте, что вы пытаетесь собрать модель молекулы из пластилиновых шариков и спичек, вот только делаете это не руками, а кладёте заготовки в большую колбу, которую потом активно трясёте и в довершение ставите на пару минут в микроволновку. Вот то, что у вас получится в колбе после «реакции», и будет примерным аналогом результата химического синтеза «в лоб». Дело в том, что химическим веществам, как и пластилиновым шарикам, очень сложно объяснить, с чем и как им реагировать, поэтому они взаимодействуют друг с другом всеми доступными способами. Очень много химических реакций приводят к образованию не одного, а нескольких продуктов, которые затем, как минимум, нужно как-то друг от друга отделять. И хорошо если бóльшая часть исходных веществ прореагировала так, как надо, а то ведь и полезный выход может очень сильно отличаться от заветных 100%.

Если мы хотим синтезировать молекулу какого-нибудь нового лекарственного вещества, у которой сложная структура с большим количеством атомов и разнообразием химических групп, то, как правило, придётся очень постараться и провести с десяток, если не два отдельных реакций. Притом чуть ли не половина из них будет нужна не для того, чтобы собрать «скелет» желаемой молекулы, а лишь для того, чтобы не дать ему собраться не так, как нужно. Для этого заготовка будущей молекулы подчас одевается в защитную химическую «шубу», наружу из которой будет торчать лишь только тот фрагмент, который должен прореагировать. Потом, после реакции, эта шуба снимается, а продукты реакции очищаются. И так не один и не два раза. В общем, химический синтез — это не только непростое дело, но и, можно сказать, отдельное лабораторное искусство, со своей стратегией, различными подходами и даже личными пристрастиями. И всё это выливается ещё и в большее количество отходов. А как было бы хорошо, если бы химические реакции протекали, как на бумаге: берём вещество раз, берём вещество два, рисуем стрелочку — и, вуаля, готово!

Примерно так родилась концепция клик-химии* — своеобразный список «требований» к химическим реакциям, которые позволили бы не только сильно облегчить химикам-синтетикам жизнь, но и сделать химию более «зелёной», без лишнего вреда для окружающей среды. Химики хотели бы получить в свои руки такой инструмент, который позволил бы им соединять молекулы только там, где нужно, и только тогда, когда нужно. Чтобы это сделать, надо найти такие химические фрагменты, которые бы соединялись исключительно друг с другом, которые можно было бы «прицепить» к самым разным молекулам, и что самое главное, они не должны реагировать ни с чем другим. Помимо этого клик-реакция должна проходить в мягких условиях, желательно при комнатной температуре, не требовать каких-нибудь вредных и токсичных растворителей, а в идеальном случае — протекать просто в водном растворе.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Корея против Кореи Корея против Кореи

Эту войну называют «забытой». В Советском Союзе о ней мало писали и говорили

Дилетант
«Операция „Барбаросса“: Начало конца нацистской Германии» «Операция „Барбаросса“: Начало конца нацистской Германии»

Что мешало немцам продвигаться к Москве

N+1
Фёдор Палицын: судьба генштабиста Фёдор Палицын: судьба генштабиста

Фёдор Палицын: современниками и потомками недооценён

Дилетант
Законы подземных мелодий Законы подземных мелодий

Репортаж из столичного метро: чем живут музыканты под землей

Монокль
Зачем обоняние лёгким Зачем обоняние лёгким

Обоняние в лёгких? Это что, шутка? Вовсе нет!

Наука и жизнь
Исследование: что такое для российских компаний кадровый резерв, как (и зачем) его формировать Исследование: что такое для российских компаний кадровый резерв, как (и зачем) его формировать

Что такое кадровый резерв и кто его формирует?

Inc.
Безопасно ли прыгать в сухие листья Безопасно ли прыгать в сухие листья

Прыжки в кучи сухих листьев могут представлять опасность для здоровья

ТехИнсайдер
Новая роль университетов Новая роль университетов

Российские университеты становятся площадками для предпринимательства

Ведомости
Бренды и тренды Бренды и тренды

Будущее автомобилей направлено исключительно вверх

Men Today
В этот раз я не родился курьером В этот раз я не родился курьером

Ведь доставлять можно не только продукты... можно нести что-то большее

Правила жизни
10 неожиданных вопросов группе X4 10 неожиданных вопросов группе X4

Группа X4 — о финансовых приоритетах и детских утренниках

VOICE
Семь способов активировать внутренний навигатор Семь способов активировать внутренний навигатор

Как научиться ориентироваться без навигатора в телефоне?

Здоровье
Лабораторное приборостроение по-русски Лабораторное приборостроение по-русски

Замгендиректора «Праймлаб» о стратегии, конкуренции и сарафанном маркетинге

Монокль
Наша стратегия — помогать повышать прибыльность аграрного производства Наша стратегия — помогать повышать прибыльность аграрного производства

Гендиректор фирмы «Август» — о развитии и планах компании

Агроинвестор
На чистую воду На чистую воду

Новинка итальянской верфи Columbus Yachts — моторная суперъяхта Acqua Chiara

Y Magazine
Хакеры берутся за руль Хакеры берутся за руль

Как хакеры взламывают автософт и можно ли обезопасить свой автомобиль?

Ведомости
Танец не маленьких журавлей Танец не маленьких журавлей

Как подобраться к крайне осторожным серым журавлям поближе?

Наука и жизнь
Грибы Грибы

Полны белка и клетчатки: чем полезны грибы и как их готовить?

Здоровье
Под сенью муз Под сенью муз

В каких усадьбах получаются самые красивые снимки на фоне золотой листвы?

Лиза
Исследование: отличники остаются в найме, а в бизнес обычно идут бывшие троечники Исследование: отличники остаются в найме, а в бизнес обычно идут бывшие троечники

Как связаны оценки в школе и карьерный путь человека?

Inc.
Lowa Lowa

Катя Iowa — сверхновая фэшн-дива и главный амбассадор лютого авангарда

Собака.ru
Ангелина Поплавская: «Сейчас я понимаю — мое от меня не уйдет» Ангелина Поплавская: «Сейчас я понимаю — мое от меня не уйдет»

Три с половиной года — только пробы, пробы, пробы — и ни одного утверждения

Коллекция. Караван историй
Архангелогородский рудознатец Федор Прядунов Архангелогородский рудознатец Федор Прядунов

Судьба первого русского нефтепромысла

Знание – сила
Идеальный руководитель: как найти баланс между строгостью и дружелюбием Идеальный руководитель: как найти баланс между строгостью и дружелюбием

Какие качества и подходы делают руководителя эффективным лидером?

Inc.
Дропперов рубят — блокировки летят Дропперов рубят — блокировки летят

Простое закрытие счета в банке теперь может занять не один и не два месяца

Монокль
Добро с кулаками Добро с кулаками

Актер Леон Кемстач о своем пути к киноолимпу

Men Today
Оправданны ли траты: почему брекеты стоят так дорого? Оправданны ли траты: почему брекеты стоят так дорого?

Почему брекеты стоят так дорого и на чем нельзя экономить при лечении

ТехИнсайдер
Давай мириться Давай мириться

7 вещей, которые нельзя делать после ссоры с любимым

Лиза
Догоняющие доходы Догоняющие доходы

Рост доходов субъектов обеспечила в основном положительная динамика НДФЛ

Ведомости
Не спешите на свалку: как подарить вторую жизнь вашему старому ноутбуку Не спешите на свалку: как подарить вторую жизнь вашему старому ноутбуку

Как превратить вашего динозавра в шустрого помощника для работы и учебы?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении