Химики показали, что рис должен быть квадратным

Дело в азотах. Квадраты - это рамки, которые их несут. Эти молекулы называются азетидинами, и их можно использовать в качестве строительных блоков при разработке лекарств.

Лаборатория риса химика Ласло Курти представила свои азетидины в статье Angewandte Chemie. Цель лаборатории - создать библиотеку каркасов для фармацевтического дизайна путем простого синтеза класса молекул, которые ранее было трудно найти в природе и очень трудно скопировать.

По словам исследователей, азетидины уже присутствуют в нескольких лекарствах и являются многообещающими компонентами в разработке методов лечения неврологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, синдром Туретта и синдром дефицита внимания.

Поэтому есть смысл создать быстрый и недорогой синтетический путь получения азетидинов с незащищенными атомами азота, называемых NH-азетидинами - NH для азота и водорода, - которые впервые были обнаружены у нескольких видов тихоокеанских морских губок, а совсем недавно были получены в сложных лабораторных условиях.

Аспиранты Райс Николь Бенке и Кейтлин Ловато, ведущие авторы статьи, быстро поняли, почему в научной литературе так мало упоминаний о синтетических NH-азетидинах.

Студентам потребовалось более 250 экспериментов, чтобы оптимизировать процесс, который занимает около 24 часов, включая очистку продукта. Молекулы азетидина бывают разных конфигураций, но все они имеют квадратный мотив, четырехатомное "кольцо", которое содержит один атом азота и три атома углерода. Это кольцо гетероциклическое, то есть содержит по крайней мере два разных элемента.

Кюрти отметил, что квадратное кольцо всегда связано с другим кольцом через один общий атом углерода, структуру, называемую спиро азетидином. Таким образом, два кольца перпендикулярны друг другу, что дополнительно изолирует высокореактивный азот для доступа химиков. Азот в вариантах Rice lab часто, хотя и не всегда, соединялся с "колпачком" атома водорода, который все еще позволяет азоту вступать в реакцию с внешними агентами.

"Доктор Кюрти был вдохновлен механизмом синтетического процесса, называемого реакцией Кулинковича, который используется для получения трехчленных углеродных колец, называемых циклопропанами, которые имеют гетероатом (азот или кислород) снаружи", - сказал Ловато.

"Как только мы начали изучать возможность получения четырехчленных азетидинов, мы обнаружили, что большинство из них не имеют NH-структур", - сказала она. "Известные методы синтеза преимущественно дают азетидины, в которых кольцевой атом азота соединен с углеродом за пределами кольца, но прямой доступ к соединению NH был затруднен. Если там есть углерод, азот считается защищенным, но наличие водорода позволяет ему свободно вступать в дальнейшие реакции".

"Как только вы создадите этот гетероцикл NH, у вас будет возможность добавлять азот по своему усмотрению", - сказал Кюрти. "Или оставить все как есть".

Титановый реагент оказался ключевым посредником в химической реакции, позволяя ей протекать быстро. "Этот комплекс металлов способствует общей трансформации, и это очень хорошо, потому что титан нетоксичен и его очень много", - сказал он.

"Он коммерчески доступен и дешев", - сказал Бенке. "Если мы не добавим титан в колбу, реакция не сработает".

По словам Кюрти, команда Райса не запатентовала процесс. "Реальность такова, что химики-синтетики-органики в академических кругах могут внести большой вклад в биомедицинские науки и открытие фармацевтических препаратов, когда мы разрабатываем новый механизм или реакцию", - сказал он.

"Биотехнологические и фармацевтические компании могут использовать продукты этих реакций для создания структурно разнообразных библиотек соединений и быстрого тестирования их на биологическую активность в отношении различных линий раковых клеток, патогенов или других важных биохимических путей заболевания, для которых у них есть анализы", - сказал Кюрти. "Как только у них появится доступ к новым основным структурам, таким как эти спиро-азетидины, химики-медики должны решить, какие разнообразные функции они хотят добавить".

Мухаммед Юсуфуддин, преподаватель химии в Университете Северного Техаса в Далласе, является соавтором статьи. Кюрти - доцент химии.