Химики научились редактировать антибиотики с помощью света

Только что

Ученые показали, что с помощью ультрафиолета в молекулярных кольцах можно направленно заменять один атом на другой, осуществляя тем самым химические превращения. Такой процесс упростит и ускорит получение новых лекарств и биологически активных веществ, поскольку большинство из них имеет в своей структуре химические группы в виде колец. С помощью предложенного подхода авторы модифицировали структуру некоторых существующих антибиотиков и тем самым подтвердили практическую ценность открытия для фармацевтической промышленности. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Organic Chemistry Frontiers.

Разработку новых лекарств можно сравнить со сборкой конструктора: ученые пытаются создать молекулу с нужными свойствами из отдельных «деталей» — химических групп. Во многих препаратах, например антибиотиках, одна из основных «деталей» — это кольцо из пяти или шести атомов, включающих углерод и гетероатомы (азот, кислород, серу). Ранее у химиков практически не было способов заменять атомы в таких кольцах в уже готовых молекулах, например, чтобы улучшить биологическую активность вещества. Из-за этого часто весь синтез приходилось начинать заново, что требовало затрат времени и реактивов. В настоящее время исследования, направленные на разработку таких методов, активно ведутся по всему миру.

Ученые из Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН (Москва) нашли простой способ превращать шестичленные кольца с атомами азота и кислорода в кольца из пяти атомов, один из которых — азот, а остальные — углерод.

Авторы протестировали несколько подходов: в первом случае химики нагревали исходное циклическое соединение с источником атома азота (анилином), во втором — проводили этот процесс в присутствии металла-восстановителя, в третьем — без нагрева обрабатывали молекулы сильными органическими кислотами, а в четвертом — действовали на них ультрафиолетом.

Первые два подхода оказались малоэффективны и не позволили провести замену обоих атомов азота и кислорода в исходном веществе. Обработка кислотами и ультрафиолетом показала лучшие результаты — в этих случаях эффективность превращения достигала 90%. Химики выяснили, что кислоты и свет работают по общему механизму: они приводят к разрыву одних и тех же химических связей и образованию промежуточного соединения, из которого строится новая молекула. При этом авторы отмечают, что у фотохимического метода есть важные преимущества: он требует меньше реагентов, более экологичен, а главное — лучше работает с некоторыми типами химических «каркасов», лежащих в основе ряда лекарств.

Всего ученые провели более 20 реакций с помощью предложенных подходов и доказали, что они позволяют получить новые модификации известных антибиотиков, которые потенциально могут обладать улучшенными свойствами.

«Разработанный нами метод позволяет изменять структуру уже существующих фармацевтических препаратов, например, антибиотиков, на поздних стадиях синтеза. Это особенно актуально в условиях роста устойчивости бактерий к лекарствам, так как модифицированные препараты могут восстанавливать активность против бактерий, которые стали к ним нечувствительны. Кроме того, наш подход дает возможность из одного вещества-предшественника целенаправленно получать разные классы соединений. Это позволяет быстро создавать библиотеки отличающихся по структуре молекул, чтобы затем тестировать их биологическую активность и тем самым ускорить разработку новых лекарственных средств», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Сухоруков, доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией химии органических и металл-органических азот-кислородных систем Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН.

Ранее ученые синтезировали искусственные аналоги природных веществ с противораковой и антибактериальной активностью, которые содержатся в морских губках. Полученные соединения потенциально могут служить основой для разработки новых лекарственных препаратов.