Новый метод модификации ароматических соединений, позволяющий за один шаг провести процесс деароматизации и «прикрепить» к соединению несколько функциональных групп для усиления или изменения их свойств, разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из шведского Королевского технологического института, 12 мая сообщает пресс-служба ТГУ.

Результаты исследования нового метода показывают перспективность использования его при создании более эффективных лекарств или улучшения свойств материалов, уже применяемых в химическом производстве.

Соединения из обширного класса ароматических органических веществ широко используются как строительные блоки в химической промышленности. Их легко модифицировать (фунционализировать) и даже при необходимости полностью восстановить до неароматических веществ, но это уже более сложно, поскольку ароматические соединения неохотно вступают в реакции деароматизации.

Одним из самых перспективных методов решения этой проблемы является восстановление через деароматизирующие последовательности с одновременной фунционализацией. При этом происходит разрушение ароматического кольца соединения с добавлением в него новых функциональных групп.

С помощью данного метода можно выстраивать сложные трехмерные каркасы молекул. Однако этот процесс занимает много времени и недостаточно изучен. В свою очередь команда томских и шведских химиков предложила новый метод модификации ароматических соединений через селективную спироциклизацию (синтез жестких каркасных структур — спироциклов) и синтез иминов.

При проведении реакции были использованы бифункциональные оксимы и карбонаты, которые активируются видимым светом, что позволяет не только проводить «мягкую» деароматизацию исходного вещества, но и одновременно присоединить несколько функциональных групп.

Заведующая лабораторией «Химическая инженерия и молекулярный дизайн» ТПУ Елена Степанова пояснила суть метода:

«На начальном этапе синтеза происходит активация реагентов с помощью фотокатализа. Видимый свет запускает реакцию, в ходе которой образуются радикалы. Они затем быстро реагируют с акцепторами радикалов (молекулой или ее частью, принимающей электроны — ред.), что приводит к образованию сложных структур — спироциклов, а также делает возможным введение новых функциональных групп — иминов».

Она отметила, что соединения, получающиеся в результате этого одношагового синтеза, имеют высокую реакционную способность. Поэтому они могут служить промежуточными продуктами для создания различных фармацевтических соединений.

Новый метод функционализации, указывают разработчики, приводит к образованию одновременно сразу нескольких химических связей — можно создавать до четырех различных связей, таких как «углерод-кислород», «углерод-углерод» и «углерод-азот».

Метод был проверен на известных лекарствах для лечения дислипидемии (заболевания, при котором в крови повышается уровень холестерина, триглицеридов и липопротеинов). В этих препаратах с помощью нового метода было модифицировано бензольное ядро молекул для создания новых производных, что могло бы улучшить их биологическую активность или изменить фармакокинетику, то есть процессы всасывания, распределения, метаболизма и выведения лекарства в организме.

Эксперимент показал возможность с помощью нового метода активировать молекулы и инициировать реорганизацию их структуры с высоким выходом новых производных. Это заняло всего несколько часов, тогда как классические методы конструирования аналогичных структур могут потребовать дни и даже месяцы. В будущем предложенный метод может значительно упростить синтез сложных биологических соединений, необходимых для медицинских и фармацевтических исследований,

Результаты исследований ученые представили в статье «Деароматическая спироциклизация/имитация неактивированных аренов под действием видимого света посредством катализа переноса энергии» (Visible light-mediated dearomative spirocyclization/imination of nonactivated arenes through energy transfer catalysis), опубликованной в журнале Nature communications (Q1, IF: 14,7).

Разработанный томскими политехниками метод, кроме фармакологии и оптимизации фармакологических производств, может быть использован в материаловедении для улучшения свойств материалов, а также в аналитической химии для идентификации других соединений.