Учёные из Гонконгского университета (HKU) создали химический метод, позволяющий получать молекулярные структуры сложной трёхмерной формы с помощью видимого света. Разработка может дать исследователям больше свободы при конструировании лекарственных молекул. В качестве альтернативы бензольным кольцам, которые широко применяются в медицине, предложены бицикло[2.1.1]гексаны (BCH).
Работу возглавил профессор Цзянь Хэ с кафедры химии HKU. Его группа разработала специальные фотосенсибилизаторы на основе меди(I), которые под действием видимого света запускают сборку BCH. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry. Авторы решали две ключевые проблемы синтеза таких структур: узкий набор подходящих исходных веществ и побочные реакции, мешающие процессу.
Бензольные кольца часто входят в состав лекарств, поскольку их химическая стабильность делает их надёжной основой для соединения других молекулярных фрагментов. Однако плоская форма и относительно высокая жирорастворимость таких колец могут ухудшать растворимость в воде или вызывать нежелательное взаимодействие с биологическими мишенями. Из-за этого свойства некоторых перспективных лекарственных кандидатов могут ограничиваться.
BCH представляют собой компактную трёхмерную альтернативу, способную выполнять схожую структурную роль, но придающую молекуле иную форму. Их включение позволяет химикам корректировать растворимость, избирательность и метаболическую устойчивость соединений. При этом получать широкий набор BCH-соединений существующими методами синтеза до сих пор было сложно.
Один из путей получения BCH — соединение бицикло[1.1.0]бутанов (BCB) с алкенами. Молекулы BCB содержат сильно напряжённые кольца, которые можно превращать в более сложные структуры. Обычные реакции при этом работают лишь с ограниченным кругом исходных веществ и страдают от нестабильности катализаторов или нежелательной полимеризации, когда молекулы соединяются в цепочки вместо нужных продуктов.
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи HKU создали новый класс фотосенсибилизаторов на основе меди(I). Под действием видимого света они поглощают энергию и передают её исходному веществу, помогая формировать BCH. Настраивая энергетические характеристики комплексов меди, команда подавила конкурирующие реакции и расширила круг участвующих молекул. Учёные также показали контроль над расположением химических групп в каркасе BCH, получили соединения в граммовых количествах и модифицировали их дополнительными функциональными группами. По словам профессора Хэ, настройка триплетных энергетических уровней комплексов меди позволила эффективно подавить побочную полимеризацию и расширить набор исходных веществ, включая электронодефицитные алкены, енины, диены и даже алифатические алкены, что открывает новые возможности для устойчивого химического производства и разработки более разнообразных лекарственных кандидатов.