Реакция в один клик: члены-корреспонденты РАН Александр Дильман и Николай Нифантьев о Нобелевской премии по химии

Нобелевская премия по химии за 2022 присуждена Кэролин Бертоцци, Мортену Мелдалу и Барри Шарплессу за разработку клик-химии и биоортогональной химии. Их пионерские научные результаты комментируют для сайта РАН заместитель директора Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН (ИОХ) РАН член-корреспондент РАН Александр Дильман и заведующий лабораторией химии гликоконъюгатов ИОХ РАН член-корреспондент РАН Николай Нифантьев.

«Барри Шарплесс и Мортен Мелдал независимо открыли реакцию, позволяющую очень эффективно связывать два органических фрагмента с образованием гетероциклической системы, – говорит Александр Дильман. – Сочетание двух молекул происходит словно по щелчку, что послужило формированию нового направления – клик-химии. Из-за своей надёжности и простоты проведения эксперимента, клик-реакции стали необычайно популярны среди химиков-синтетиков. Кроме того, методы клик-химии широко используются в медицинской химии, молекулярной биологии, материаловедении и других областях».

По словам Александра Дильмана, легкость проведения реакции обусловлена наличием катализатора, который ускоряет химическую реакцию более чем в миллиард раз! Вместо многочасового нагревания процесс может быть проведен за минуты при комнатной температуре. Реакция происходит с высокой селективностью, реализуется в нейтральных условиях и обладает большой областью применения.

«Взаимодействие ключевых компонентов (азида и алкина) с образованием азотсодержащего гетероцикла характеризуется огромной термодинамической движущей силой, – рассказывает ученый. – Подобно сильно сжатым пружинам, эти компоненты начинают взаимодействовать друг с другом, однако это происходит только после добавления катализатора. Характер компонентов напоминает сжатые пружины, энергия которых высвобождается за счет формирования стабильной молекулы».

Александр Дильман отметил, что Барри Шарплесс удостоен Нобелевской премией во второй раз: в 2001 году ему была вручена Нобелевская премия за разработку реакций асимметрического окисления.

«В работах третьего лауреата Нобелевской премии по химии за этот год, профессора Стэндфордского университета Каролин Бертоцци, клик-методология существенно развита для возможного применения в биоортогональной химии, – рассказывает Николай Нифантьев. – Этим термином называются процессы химической модификации биомолекул, в результате которых не нарушается биологическая активность объекта модификации. Методика проведения клик-реакции, предложенная в работах Шарплесса и Мелдала, оказалась ограниченно применимой для этого, так как используемые в качестве катализатора медные соли являются токсичными соединениями».

По словам Николая Нифантьева, в работах Бертоцци показано, что при использовании циклооктиновых производных в качестве алкинового компонента клик-сочленения с азидами, реакция протекает без использования катализатора и, таким образом, применима для превращения биомолекул в живых системах. Это было разнопланово применено в исследованиях биосинтеза сложных углеводных цепей гликопротеинов с использованием N-азидоацетильного производного маннозамина – предшественника в биосинтезе сиаловой кислоты и олигосахаридов с её участием.

«Эти процессы были успешно осуществлены на биомолекулах как таковых, а также на культурах живых клеток и даже на лабораторных животных, – подчеркнул ученый. – Фактически это открыло новые экспериментальные возможности для изучения механизмов лиганд-рецепторных взаимодействий с участием природных углеводных соединений, в особенности связанных с развитием инфекций, воспаления, рака, аутоиммунных и других серьёзных заболеваний».

Николай Нифантьев особо отметил, что работа Каролин Бертоцци открывает череду будущих нобелевских премий за исследования сложных
углеводов (гликосоединений). После прорывов в геномной и протеомной областях многие работы в науках о живых системах связаны с гликомными исследованиями. Это не случайно, так как они формируют перспективнейшие направления для развития фармацевтики и медицины, биотехнологии, сельского хозяйства и ряда других важнейших сегментов экономики.

Источник: Российская академия наук