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

Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

Актриса, певица, дива, Самбурская, Настасья – все это о ней

Maxim
Кто делает российские электробусы, водоробусы и беспилотники Кто делает российские электробусы, водоробусы и беспилотники

Как создаются инновационные продукты Группы ГАЗ

Эксперт
Есть только МиГ Есть только МиГ

Все три года войны центральное место занимало противостояние ВВС СССР и США

Дилетант
Переключаемся на весну Переключаемся на весну

В начале весны многие из нас переживают ощущения Спящей красавицы

Лиза
Как бывший инженер «Газпрома» и юристка зарабатывают на балете для взрослых 257 млн руб. в год. История Levita Как бывший инженер «Газпрома» и юристка зарабатывают на балете для взрослых 257 млн руб. в год. История Levita

История студии балета и растяжки Levita

Inc.
Девять хороших вещей, которые в России и СССР появились раньше, чем в США Девять хороших вещей, которые в России и СССР появились раньше, чем в США

В нашей стране было много такого, о чем граждане США долго не могли и мечтать

Maxim
Полный, но не только. Тест-драйв Omoda C5 AWD Полный, но не только. Тест-драйв Omoda C5 AWD

Компактный кроссовер С5 свежеиспеченной марки Omoda получил новую модификацию

РБК
Неукротимый Киану: 14 экшен-фильмов с Киану Ривзом — от худшего к лучшему Неукротимый Киану: 14 экшен-фильмов с Киану Ривзом — от худшего к лучшему

Рейтинг боевиков с Киану Ривзом от кинокритика Николая Корнацкого

Правила жизни
Perestroika и литература. Часть 3 Perestroika и литература. Часть 3

Литература в перестройку предупредила о нарастающей национальной трещине

Полка
Гостеприимные Мальдивы: чем заняться на островах, если приехал один, с парой или семьей Гостеприимные Мальдивы: чем заняться на островах, если приехал один, с парой или семьей

Благодаря исключительному сервису отдых на курортах Мальдив подходит каждому

СНОБ
10 вопросов, которые помогут вам понять цели и построить стратегию карьерного роста 10 вопросов, которые помогут вам понять цели и построить стратегию карьерного роста

Умение задавать правильные вопросы — одна из ключевых компетенций коуча

Psychologies
Что такое спидран или как пройти Atomic Heart за 6 минут? Что такое спидран или как пройти Atomic Heart за 6 минут?

Почему спидраны заслуживают вашего внимания?

CHIP
Прозрачное платье и микро-шорты: самые дерзкие студенческие наряды Кейт Миддлтон, вскружившие голову принцу Уильяму Прозрачное платье и микро-шорты: самые дерзкие студенческие наряды Кейт Миддлтон, вскружившие голову принцу Уильяму

Как обычная девушка из университета смогла покорить наследника престола?

VOICE
Искусство жить Искусство жить

Эффектный и лаконичный интерьер в сочетании с современным искусством

SALON-Interior
Ипотека от нуля Ипотека от нуля

Как и почему ЦБ борется с нулевыми процентами по ипотеке

Деньги
Формула жизни Формула жизни

Корейцы уверены, что лапша – символ долголетия, а суп – его гарантия

Вокруг света
Неожиданный лайфхак из прошлого: что делать, когда хочется в баню, а под боком только русская печь? Неожиданный лайфхак из прошлого: что делать, когда хочется в баню, а под боком только русская печь?

Как мылись в русской печи?

TechInsider
11 слов, помогающих понять культуру суахилийцев 11 слов, помогающих понять культуру суахилийцев

Что значит «нет масика без комаров» и почему суахилийцы улюлюкают

Arzamas
Танец цвета Танец цвета

Отправной точкой для оформления этой квартиры послужила картина «Танец»

Идеи Вашего Дома
Галерист Алина Крюкова — об арт-лифте, переменах и языках коммуникации Галерист Алина Крюкова — об арт-лифте, переменах и языках коммуникации

Алина Крюкова о планах и свершениях, переменах, произошедших с арт-рынком

РБК
Идеальный баланс Идеальный баланс

Основной особенностью этого интерьера стала его многослойность

SALON-Interior
Время пришло: как часовые и ювелирные бренды осваивают NFT-вселенную Время пришло: как часовые и ювелирные бренды осваивают NFT-вселенную

Можно ли балансировать между реальным и виртуальным продуктом

Forbes
Не суперъяхтами едиными Не суперъяхтами едиными

Долой вредные стереотипы! Они мешают жить

Y Magazine
Почему выпадают волосы? Почему выпадают волосы?

От чего зависит здоровье волос?

Здоровье
Как предотвратить старость и не стать обузой для близких: 3 простых совета Бубновского Как предотвратить старость и не стать обузой для близких: 3 простых совета Бубновского

Как оставаться активной в любом возрасте?

VOICE
Любит — не любит? Как знаки зодиака выражают свои чувства Любит — не любит? Как знаки зодиака выражают свои чувства

Как понять, влюблен в тебя твой Овен или нет.?

VOICE
На льду Байкала установили рекорд скорости На льду Байкала установили рекорд скорости

Какую скорость может развить электрокроссовер VOYAH FREE

Maxim
Ионосфера: между космосом и землёй Ионосфера: между космосом и землёй

Как ионосфера взаимодействует с другими геосферными оболочками?

Наука и жизнь
У тихоходок нашли еще одну суперспособность — их белок может сохранять лекарства без заморозки У тихоходок нашли еще одну суперспособность — их белок может сохранять лекарства без заморозки

У всеми любимого микроскопического существа нашлась еще одна сверхспособность

TechInsider
Нейл-эксперт рассказала, должен ли сочетаться цвет лака на ногах и руках Нейл-эксперт рассказала, должен ли сочетаться цвет лака на ногах и руках

Насколько сегодня актуально красить ногти на ногах и руках в одинаковые оттенки?

VOICE
Открыть в приложении