Химики из Scripps Research представили метод превращения дешевых и широко доступных химических веществ, известных как дикарбоновые кислоты, в потенциально очень ценные молекулы, называемые лактонами.

Лактоновые структуры распространены в биологически активных природных молекулах; их можно найти, например, в витамине С и в антибиотике бактериального происхождения эритромицине. У химиков уже давно есть методы синтеза лактонов, но эти методы весьма ограничены в том, что они могут производить. Достижение, о котором сообщалось 26 мая 2022 года в Science , делает создание разнообразных сложных лактонов проще, чем когда-либо.

«Этот метод должен быть очень полезен для разработки новых фармацевтических препаратов, полимерных материалов, парфюмерии и многих других химических продуктов — мы уже получаем запросы от заинтересованных производителей», — говорит Джин-Куан Ю, доктор философии, Франк и Берта Хапп. Профессор химии Scripps Research.

Ю и его лаборатория известны своими инновациями в построении молекул, особенно в отношении «активации CH». Это включает использование специально разработанных молекул катализатора для удаления атома водорода (Н) из атома углерода (С) в органической молекуле и замены атома водорода более сложным кластером атомов.

Общая цель состоит в том, чтобы разработать набор методов для избирательной активации CH по любому выбранному атому углерода в исходной молекуле, и мечта состоит в том, чтобы использовать эти методы для превращения дешевых и относительно простых молекул в сложные и ценные лекарства, пластмассы и другие молекулы. .

В этом случае Ю и его команда стремились выполнить особенно сложную селективную активацию CH для превращения дешевых и легкодоступных дикарбоновых кислот в очень ценные лактоны. Дикарбоновые кислоты, несмотря на их сложное кажущееся название, представляют собой относительно простые молекулы и являются идеальным исходным материалом для многих видов химического синтеза. Но химики, пытающиеся активировать дикарбоновые кислоты CH, традиционно сталкивались с серьезными препятствиями.

«На сегодняшний день активация CH в участках дикарбоновой кислоты, которые находятся далеко от одной из ее карбоксильных групп , очень затруднена», — говорит Ю. «Возможность нацеливаться на далекие атомы углерода и/или более близкие атомы углерода путем выборочного контроля катализатора казалась несбыточной мечтой».

Подвиг, достигнутый Ю и его командой, в том числе первым автором Сэмом Ченом, доктором философии, постдокторским научным сотрудником Фонда Краучера в лаборатории Ю, представлял собой набор методов с использованием катализаторов на основе палладия для свободного достижения активации CH на легких и сложных -достигать углеродов на дикарбоновой кислоте.

«За последние два десятилетия нам удалось разработать хорошие методы активации CH на расстоянии двух атомов углерода от карбоксила, но теперь с нашими новыми методами мы также можем достичь еще одного атома углерода, и со свободой выбора между двумя сайтами мы может легко получить доступ к новому химическому пространству в открытии лекарств », — говорит Ю. «Кроме того, оставшуюся карбоксильную группу дикарбоновой кислоты можно использовать для дальнейших модификаций, поэтому, по сути, с помощью этого подхода можно создать очень широкий спектр сложных лактоновых соединений».

Ю и его команда продемонстрировали простоту и полезность своих новых методов, синтезировав из дешевых дикарбоновых кислот два сложных природных лактона, грибковую молекулу под названием миротециумон А, которая была исследована на противораковые свойства, и растительный лактон педицеллозин.

В настоящее время химики используют новые методы для создания сотен различных структур лактона, свойства которых и потенциал для использования в будущих фармацевтических препаратах они изучают в сотрудничестве с лабораторией Бена Краватта, доктора философии, заведующего кафедрой химических веществ Гилулы. Биология в Scripps Research.

«Мы также используем наши методы для разработки усовершенствованных процессов серийного производства лактонов, используемых производителями химической продукции», — говорит Ю.