Новый химический инструмент может улучшить разработку ключевых лекарственных компонентов

Химики разработали новый способ генерировать множество очень полезных химических строительных блоков путем использования металлических карбенов, предлагает новые исследования.

Обычно используемые в химических реакциях, необходимых для синтеза лекарств и развития материалов, карбены представляют собой короткие, высокореактивные атомы углерода. В лаборатории это может сделать карбены особенно хитрыми для создания, поскольку методы их формирования ограничены и часто опасны.

Теперь, впервые, подход, обнаруженный исследователями из Университета штата Огайо, значительно облегчил создание этих металлических карбенов, сказал Дэвид Нагиб, соавтор исследования, выдающийся профессор искусств и наук и профессор химии и биохимии в Университете штата Огайо,

«Наша цель все время состояла в том, чтобы определить, можем ли мы придумать новые методы доступа к карбенам, которых другие не обнаружили раньше», – сказал он. «Потому что, если бы вы могли использовать их более мягким каталитическим способом, вы могли бы достичь новой реакционной способности, что по сути, что мы делали».

Исследователи натолкнулись на этот метод крафта карбена, используя железо в качестве металлического катализатора, а затем объединив его с молекулами на основе хлора, которые легко генерируют свободные радикалы. Вместе эти ингредиенты работали, чтобы сформировать карбен по своему выбору, в том числе многие, которые никогда не делались раньше. Затем, чтобы создать химическую реакцию, эти карбены быстро прикрепляются к другой молекуле в напряженной связи с образованием циклопропана, который имеет форму треугольника.

Эти трехсторонние молекулярные фрагменты жизненно важны для синтеза лекарств и агрохемических веществ, отчасти из-за их небольшого размера и необычной энергии. Но хотя есть много способов синтезировать эту форму, которая является одним из самых распространенных в лекарствах, работа этой команды была вдохновлена тем, что ищет лучшие способы их создания.

«Наша лаборатория одержима попытками получить лучшие методы для того, чтобы как можно скорее изготовление циклопропанов», – сказал Нагиб. «Мы следим за призом за изобретение лучших инструментов для создания лучших лекарств, и по пути мы решили огромную проблему в мире Carbene».

Исследование было недавно опубликовано в науке.

При декодировании одной из самых больших проблем химии команда также обнаружила, что их метод хорошо работает в воде, предполагая, что металлические карбены могут однажды быть надежно созданными в живой ячейке для обнаружения новых целей лекарств. По словам Нагиба, этот новый подход примерно в 100 раз лучше, чем предыдущие химические инструменты, которые его лаборатория произвела за последнее десятилетие.

«Наша лаборатория – это лаборатория разработки инструментов», – сказал он. «И для меня то, как вы оцениваете, если это ценно или интересно, если другие используют ваш инструмент».

Команда ожидает, что их открытие станет чрезвычайно эффективным, потому что для ученых доступ к новому способу создания и классификации карбенов означает, что нынешний расточительный, многоэтапный процесс их производства может быть проще и безопаснее. Для потребителей этот метод предполагает, что будущие лекарства, разработанные этой технологией, могут быть более дешевыми, более мощными, более быстрыми и более длительными.

По словам Нагиба, эта работа может предотвратить нехватку важных лекарств, таких как антибиотики и антидепрессанты, а также лекарства, которые лечат сердечные заболевания, ковиды и ВИЧ -инфекции.

Кроме того, поскольку работа этой команды настолько новаторская, они хотели бы обеспечить доступность этого инструмента трансформационной органической химии как для больших, так и для небольших исследовательских лабораторий и производителей лекарств по всему миру. По словам Нагиба, один из наиболее эффективных способов гарантировать это и установить будущее их стратегии – продолжать улучшать текущую технику.

«Наша команда в штате Огайо собралась в самом крутом, самом сотрудничестве, чтобы развить этот инструмент», – сказал он. «Таким образом, мы будем продолжать участвовать в гонках, чтобы показать, сколько различных типов катализаторов он может работать, и сделать все виды сложных и ценных молекул».

Nguyen Knm, Mo X, Demuynkk Bm, Elsayed M, Garwood JJA, NGO DT, Rana Ik, Nagib Da.
Использование карбенового полярности: единый каталитический доступ к донорам, нейтральным и акцепторным карбенам.
Наука. 2025 г. 10 июля; 389 (6756): 183-189. doi: 10.1126/science.adw4177