Лаборатория супрамолекулярной химии (№2)

Заведующий: д.х.н., профессор РАН Вацадзе Сергей Зурабович

Страница лаборатории: vatsadze.ru

Telegram-канал:

t.me/supra_szv

ORCID: 0000-0001-7884-8579 Researcher ID: D-4721-2013 h-index = 21 (Scopus;

6701846497)

E-mail:

Тел.: +7(903) 748-78-92

Основные направления исследований

Дизайн, синтез и изучение новых молекул как компонентов функциональных супрамолекулярных ансамблей и материалов на их основе, а также применение супрамолекулярных подходов в органической химии, медицинской химии и органическом материаловедении:

синтез полидентатных полигетероциклических, макроциклических и макрополициклических соединений, в том числе хиральных, как селективных рецепторов и катализаторов;
детальное изучение взаимодействия синтетических и природных молекул с природными и синтетическими рецепторами экспериментальными и теоретическими методами;
исследование принципиальной роли слабых взаимодействий в применении к изучению межмолекулярных контактов и механизмов органических реакций, включая каталитические;
дизайн и применение к вопросам изучения механизмов реакций катализаторов, меченых радикальными и люминесцентными метками;
изучение стереоэлектронных эффектов расчетными и экспериментальными методами;
создание средств биовизуализации с помощью комплексов лантанидов и люминесцентных органических молекул и фотофизических материалов на их основе;
разработка систем селективной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных и агрохимических препаратов;
создание радиофармпрепаратов на основе комплексов металлов, конъюгированных с векторными модулями для селективной доставки и диагностики;
синтез и исследование супрамолекулярных полимеров, включая гели и металлогели, координационные полимеры, металл-органические каркасы, супрамолекулярные органические каркасы, ковалентные органические каркасы; исследование фотохимических, сорбционных, каталитических, магнитных свойств получаемых новых материалов.

Лучшие результаты

✓ Обзор по современным представлениям о концепции «коктейльного катализа».

Суть концепции — в принятии того факта, что происходит сосуществование и непрерывная трансформация множества каталитически активных веществ, что делает коктейльный катализ гибкой и адаптируемой системой. В обзоре рассматривается концепция коктейльного катализа, которая расширяет традиционное «жесткое» различие между гомогенными и гетерогенными каталитическими системами. Обсуждение основано на отдельных примерах, в частности, на реакциях, опосредованных палладием и другими металлами, где экспериментальные данные указывают на сложное взаимодействие различных каталитических форм. Ключевые механистические идеи почерпнуты из экспериментальных данных методов in situ и operando, раскрывающих динамическую природу каталитических центров и влияющих на эффективность реакции, селективность и пригодность катализатора для вторичной переработки. В обзоре также рассматриваются проблемы, связанные с механистической неопределенностью, ролью эволюции катализатора и значением определения характеристик активных веществ в реальных условиях реакции. Многочисленные примеры применения коктейльного катализа в реакциях кросс-сочетания, функционализации C-H связей, гидросилилирования и гидрирования демонстрируют практическую значимость этой концепции. Наконец, в обзоре подчеркивается потенциал катализа коктейльного типа для разработки более адаптивных и устойчивых каталитических систем, особенно в контексте экологически чистой химии и промышленной масштабируемости. Вместо того, чтобы предлагать окончательные обобщения, обзор призывает всех заинтересованных к началу плодотворной дискуссии и поиску более широкого механистического понимания катализа как многогранного процесса.

Cocktail-type Catalysis – An Emerging Concept in Metal-Mediated Transformations // Organometallics 2025 (совместно с лаб. № 30). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.organomet.5c00117 (Q1)

✓ Новые противораковые молекулы на основе комплексов рутения.

Поиск новых противораковых препаратов по-прежнему остается очень важной задачей современной химии. Некоторые из наиболее интенсивно изучаемых объектов — это комплексы металлов, в частности комплексы платины, рутения, иридия и осмия. В работе получены и протестированы на линиях раковых клеток новые металлоорганические комплексы рутения с иминами на основе тиофена, содержащими связь Ru-C. Был разработан скаффолд для создания широкой библиотеки циклометаллированных соединений из коммерчески доступных субстратов. Соединения были охарактеризованы с использованием спектроскопических, электрохимических и рентгеновских дифракционных методов. Было обнаружено, что они обладают очень хорошей цитотоксичностью среди комплексов рутения против раковых клеток A2780, A549 и MCF-7.

Cycloruthenated thiophene-imines: novel anticancer agents // J. Organomet. Chem, 2025, Vol. 1038, 123726 (совместно с лаб. №1, ИОХН РАН, химическим факультетом МГУ имени М.В.Ломоносова) (Q2)

✓ Новые конъюгаты биспидинов и биологических векторов для радиофармацевтики.

Работа сделана с участием ученых нашей лаборатории и коллег с химического факультета МГУ — органиков и радиохимиков. Суть работы — объединение в одной молекуле специального фрагмента, способного к надежному хелатированию иона металла (т.н. хелатор; причем, ион металла может быть и радиоактивным, в нашем случае — испускающим позитроны), и фрагмента, отвечающего за доставку радиофармчасти к необходимому органу (т.н. вектор). В целом, такое объединение относится к области радиофармацевтики и адресной доставки лекарственных препаратов, а также т.н. тераностики. В настоящее время лиганды PSMA широко используются для радиотерапевтических целей диагностики и лечения рака простаты. В данной статье разработана конвергентная схема синтеза конъюгата PSMA-Bisp (общий выход ~58% для последних двух стадий). Все вновь синтезированные соединения охарактеризованы физико-химическими методами: ¹H и ¹³C ЯМР, HRMS и LCMS (для биологически протестированных образцов). Исследования in vitro меченого конъюгата [64Cu]Cu-PSMA-Bisp показали большую стабильность в модельных растворах. Сравнение [64Cu]Cu-PSMA-Bisp в с известным конъюгатом PSMA-617, меченым 64Cu, показало схожую стабильность в избытке бычьей сыворотки (BVS); в то же время процесс введения меди в PSMA-Bisp характеризуется чрезвычайно высокой кинетикой в мягких условиях, тогда как маркировка PSMA-617 64Cu требует нагревания (90 °C). Таким образом, новый конъюгат обладает большими перспективами для ядерной медицины.

Synthesis of bispidine based PSMA targeted conjugate and initial investigations // Organics, 2025, V. 6. Is. 1, P. 7-23. https://doi.org/10.3390/org6010007

✓ Новые супрамолекулярные тектоны

Эта работа сделана в содружестве с коллективом член-корр. РАН, проф. Шевелькова А.В. с кафедры неорганической химии химфака МГУ (а также с международными коллегами). Эта статья является продолжением и развитием работы, опубликованной нами в Cryst Eng Commun в 2021-м году. (https://doi.org/10.1039/D0CE01730B) Там мы использовали 1,3-диазаадамантан как дикатионный уголковый мостик, образующийся в результате протонирования обоих третичных атомов азота в сильнокислой среде. Полученный дикатион служит мостиком между отрицательно заряженными полигалогенидами сурьмы и висмута. В новой публикации мы добавили в 6-е положение 1,3-диазаадамантана первичную аминогруппу. В результате исчерпывающего протонирования органической молекулы получился трикатионный тригональный линкер, проявляющий способность образовывать ПЯТЬ водородных связей. И эти связи он использует для формирования супрамолекулярных каркасных архитектур с отрицательно заряженными полигалогенидами сурьмы и висмута. В обеих статьях, кроме структур, также обсуждаются электронные свойства полученных материалов.

A new supramolecular tecton: the crucial impact of the polycation charge and geometry of H-bonds on the structure and properties of halometallates in the solid state // Dalton Transactions, 2025, V. 54, Is. 17, P. 6983-6992. https://doi.org/10.1039/D5DT00318K

✓ Новые сведения о роли органокатализаторов

В ходе поиска новых органокатализаторов найдено, что монозамещенный по азоту биспидин может выступать в качестве инициатора в реакции присоединения диэтилмалоната к нитростиролу. Но вместо того, чтобы просто катализировать (образовывать водородные связи, депротонировать малонат, активировать нитростирол и делать всё остальное, что, согласно литературе, присуще обычному органокатализатору), биспидин сам присоединяется к одному из реагентов, нитростиролу. Полученный аддукт стимулирует две реакции, одна из которых не предполагалась изначально. Во-первых, он депротонирует малонат, чем запускает основной процесс Михаэля. А, во-вторых, способен запускать необычную олигомеризацию нитростирола; последний процесс критически зависит от соотношения реагентов и природы растворителя. Таким образом, изначально предполагавшийся на роль истинного органокатализатора биспидин оказался инициатором как известной, так и новой реакции.

Reaction of β-Nitrostyrene with Diethyl Malonate in the Presence of Bispidines: The Unusual Role of the Organocatalyst // Chemistry. 2024. V. 6. No. 3. P. 387 – 406. (совместно с лаб. № 30). https ://doi .org /10.3390/chemistry 6030023. (Q2)

✓ Тройная связь умеет проявлять аномерный эффект.

С использованием совокупности экспериментальных и теоретических методов найдено, что тройные СС связи могут проявлять аномерный эффект в пропаргиламинных системах. Показано, что это явление обусловлено взаимным влиянием атома азота и тройной связи: пара азота стабилизирует определенную конформацию ацетиленового фрагмента и влияет на электроноакцепторные свойства концевого углерода и всей тройной связи в целом; в свою очередь, ацетилен должен понижает электронодонорные свойства неподеленной пары атома азота. В результате в кристаллах реализуются только определенные конформации. Полученные результаты, помимо своей научной новизны, важны для понимания строения и реакционной способности N-пропрагилсодержащих соединений.

Не все углерод-углеродные связи одинаковы: аномерный эффект sp-гибридного атома углерода // Известия Академии Наук. Серия Химическая. – 2024. – V. 73. – P. 363–371. (совместно с лаб. № 30, № 24 РУДН, НИУ ВШЭ, ИОФХ КНЦ РАН, Florida State University, USA) https://doi.org/10.1007/s11172-024-4143-8. (Q3)

✓ Пероксид водорода как акцептор галогенной связи

Коллектив ученых из ИОНХ РАН и ИОХ РАН (лаборатория супрамолекулярной химии) нашел первые примеры галогенной связи с пероксидом водорода и алкилгидропероксидами.

Галогенная связь относится к одному из важнейших нековалентных взаимодействий, широко применяемых в современном дизайне материалов и катализаторов. В то же время, данных о возможности образования аттрактивного взаимодействия типа «Hal…O-O» в литературе не было.

Наличие нового типа супрамолекулярных взаимодействий подтверждено данными РСА, несколькими видами расчетов, ИК-спектрами. Оценено значение энергии связи галоген…кислород: 9–19 kJ mol-1. Найдены колебания O–O связи в области 837–872 cm-1, которые смещаются батохромно примерно на 6 cm-1 при образовании галогенных связей с кислородом.

Dioxygen–halogen bonding exemplified by crystalline peroxosolvates of N,N′-bis(haloacetyl) bispidines // Phys Chem Chem Phys, 2024, vol. 26, pp. 5195-5206 https://doi.org/10.1039/D3CP05834D (Q2)

Избранные публикации последних лет

Shestimerova T., Medved'ko A., Bykov M., Kalinin M., Metlin M., Taydakov I., Gontcharenko V., Wei Zheng, Dikarev E., Vatsadze S., Shevelkov A. A new supramolecular tecton: the crucial impact of the polycation charge and geometry of H-bonds on the structure and properties of halometallates in the solid state, Dalton Transactions, 2025, V. 54, Is. 17, P. 6983-6992. DOI: 10.1039/D5DT00318K.

Machulkin A., Petrov S., Kraynova M., Garanina A., Egorova B., Timoshenko R., Vaneev A., Erofeev A., Priselkova A., Kalinin M., Medved’ko A., Kalmykov S., Beloglazkina E., Vatsadze S. Synthesis of bispidine based PSMA targeted conjugate and initial investigations, Organics, 2025, V. 6. Is. 1, P. 7-23. DOI: 10.3390/org6010007.

V. Krylova, V. F. Otvagin, G. P. Gribova, N. S. Kuzmina, E. A. Fedotova, I. V. Zelepukin, A. V. Nyuchev, A. V. Kustov, P. K. Morshnev, D. B. Berezin, M. O. Koifman, S. Z. Vatsadze, I. V. Balalaeva, A. Yu. Fedorov Developing Chlorin/Arylaminoquinazoline Conjugates with Nanomolar Activity for Targeted Photodynamic Therapy: Design, Synthesis, SAR, and Biological Evaluation J Med Chem, 2025, vol. 68, 2, pp. 1901-1923. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.4c02643.

Медведько А.В., Закиров А.М., Миняев М.Е., Третьяков Е.В., Вацадзе С.З. Молекулярная и кристаллическая структура конъюгатов биспидинов и радикалов типа ТЕМПО, ЖСХ, 2025, т.66, №3, cc. 645-652. DOI: 10.1134/S0022476625030205.

A.I. Dalinger, S.F. Mamedova, J.V. Burykina, E.O. Pentsak, S.Z. Vatsadze, Reaction of β-Nitrostyrene with Diethyl Malonate in the Presence of Bispidines: The Unusual Role of the Organocatalyst, Chemistry, 2024, vol. 6, Is. 3, pp. 387 – 406. DOI: 10.3390/chemistry6030023.

A.G. Medvedev, A.V. Medved’ko, M.V. Vener, A.V. Churakov, P.V. Prikhodchenko, S.Z. Vatsadze Dioxygen–halogen bonding exemplified by crystalline peroxosolvates of N,N′-bis(haloacetyl) bispidines Phys. Chem. Chem. Phys., 2024, vol. 26, pp. 5195-5206. DOI: 10.1039/D3CP05834D.

Вацадзе С.З., Медведько А.В., Миракбаров М.Х., Миняев М.Е., Хрусталев В.Н., Зарипов Д.У., Медведев М.Г., Алабугин И.В. Не все углерод-углеродные связи одинаковы: аномерный эффект sp-гибридного атома углерода, Известия Академии Наук. Серия Химическая, 2024, V. 73, P. 363–371. DOI: 10.1007/s11172-024-4143-8.

D.S Koshelev, A. Medved'ko, A.S Goloveshkin, Y.V. Nelubina, O.A. Maloshitskaya, E.S. Safiullina, Y.A. Gracheva, E.A. Nikitin, L. Lepnev, S.Z. Vatsadze, V.V. Utochnikova Heterometallic NIR-emitting nanothermometers by click-reaction between two lanthanide complexes J Mater Chem C, 2024, vol. 12, pp. 19352-19358. DOI: 10.1039/D4TC03970J.

Shcherbakov D., Baev D., Kalinin M., Dalinger A., Chirkova V, Belenkaya S, Khvostov A., Krut’ko D., Medved’ko A., Volosnikova E., Sharlaeva E., Shanshin D., Tolstikova T., Yarovaya O., Maksyutov R., Salakhutdinov N., Vatsadze S. Design and Evaluation of Bispidine-Based SARS-CoV-2 Main Protease Inhibitors, ACS Med. Chem. Lett., 2022, vol. 13, Is. 1, pp. 140-147. DOI: 10.1021/acsmedchemlett.1c00299.