МАСТЕРСКАЯ
БОЛЬШИХ МОЛЕКУЛ
Реакции нобелевских лауреатов Хека, Судзуки и Нэгиси, на работы которых ссылаются тысячи химиков-органиков всего мира, широко применяются в синтезе лекарственных агентов и производстве новых материалов. Научный руководитель отдела химии природных и биологически активных соединений Новосибирского института органической химии
им. Н. Н. Ворожцова СО РАН, академик Генрих Александрович Толстиков и заведующая лабораторией медицинской химии этого отдела, доктор химических наук Эльвира Эдуардовна Шульц рассказали о своём опыте применения и развитии «нобелевских» методов.
Мария Роговая, STRF.ru
 |
| Академики Б. А. Трофимов и Г. А. Толстиков обсуждают Нобелевскую премию 2010 г. по химии.
|
Нобелевскую премию присуждают за разработку каталитических реакций не впервые. Пять лет назад Ричард Шрок, Роберт Грабс и Ив Шовен получили Нобелевскую премию по химии за катализаторы метатезиса, а в 2007 году обладателем этой награды стал Герфард Эрпл за изучение элементарных стадий, которые привели к разработке катализаторов синтеза аммиака — основе технологии дожигания выхлопных газов автомобилей. Методику использования металлорганических комплексов, образующих кросс-сочетания «углерод-углерод», лауреаты Нобелевской премии 2010 года Ричард Хек, Акира Судзуки и Эйити Нэгиси разработали в начале 70-х годов. Уникальность и полезность их каталитических методов подтвердилась высоким индексом цитируемости. По данным Scopus, реакции Судзуки за последние четыре года посвящено 1200 научных публикаций, реакции Хека — 1500.
Премия химикам-методистам — это не только научное, но и общественное признание. С использованием каталитических реакций «углерод-углерод» с участием палладия уже несколько десятилетий в мире производится около 25–30 % лекарств и целый ряд материалов.
Реакция Хека применяется в производстве нестероидного противовоспалительного препарата Naproxen, лекарства против астмы Singulair, средства Eletriptan против гемиплегической или базилярной мигрени, а также мономеров для выпуска полимерных покрытий и даже компонентов солнцезащитных косметических средств. Отдельная область использования реакции Хека — полимерная химия. Полученные на её основе материалы обладают уникальными электролюминесцентными свойствами, они стали первыми полимерами для светодиодов. Реакция Судзуки используется при производстве антидепрессанта SB-245570, препарата для лечения сердечной недостаточности Лозартан и целого ряда противовоспалительных средств. При производстве материалов реакция Судзуки применяется для создания жидких кристаллов для мониторов и дисплеев. Отдельное направление органического синтеза с использованием реакций вышеупомянутых лауреатов — выпуск низкотоксичных средств защиты растений. Пестициды, произведённые по этой технологии, применяются в количестве считанных граммов на гектар обрабатываемой площади.
— Когда человек принимает лекарство, действующее вещество присоединяется к определённым мишеням с помощью конкретных функциональных групп в молекуле, — говорит Э. Э. Шульц. — Задача разработчика лекарственного агента — обнаружить, выделить или синтезировать, а затем присоединить эти функциональные группы к молекуле действующего вещества будущего лекарства. До того как при создании этих соединений начали применять реакции Хека и Судзуки, синтез таких полифункциональных молекул был сложным и многостадийным, выход искомого вещества — небольшим, а результат не всегда успешным.
Реакции, разработанные лауреатами, превратили сложнейший процесс в простой «конструктор», когда из нужных частей изящно «сшивается» более крупная молекула будущего лекарства.
Это позволило с меньшими затратами наладить промышленный выпуск лекарств и, главное — «строить» молекулы с заданными свойствами, чем и занимается целый отдел НИОХ СО РАН под руководством Генриха Александровича Толстикова, используя в качестве источника соединений растительное сырьё. В высокой стадии готовности в НИОХ СО РАН сегодня несколько лекарственных агентов. Один из них — диол, который получен из скипидарных компонентов сосновой смолы и доказал высокую эффективность против болезни Паркинсона. Агент запатентован как противосудорожное средство, а за его противопаркинсонической активностью закреплён приоритет. Второй агент, также «сконструированный» из модифицированных природных веществ, — симваглизин, гипохолестеринемическое средство, предупреждающее развитие атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний. Основная проблема препаратов такого действия — высокая токсичность, которая при регулярном приёме лекарства наносит огромный вред всему организму. Симваглизин создан совместно с Институтом терапии РАМН, доведён до стадии клинических испытаний и зарекомендовал себя как нетоксичный. Ещё одна разработка института — глицидипин, водорастворимый препарат против повышенного давления и аритмии. Аналогичное лекарство существует только в виде инъекций, поэтому в задачи разработчиков входило создание новой таблетированной водорастворимой формы. Агент бетамид эффективно снижает токсичность цитостатиков — химиопрепаратов для лечения рака. Он получен на основе бетулоновой кислоты, произведённой из бетулина — природного вещества, содержащегося в коре берёзы.
— Ричард Хек опубликовал свои первые работы, в которых предложил метод палладиевого катализа, в 1971—1972 годах, — говорит академик Г. А. Толстиков. — И спустя несколько лет мы широко освоили металлокомплексный катализ и металлоорганический синтез. Поскольку наш институт располагался в Башкирии (республике нефтехимии), значительная часть наших работ выполнялась для нефтехимической отрасли. С помощью металлокомплексного катализа мы выполнили заказ Минобороны, разработав технологию, за которую в 1990 году получили Госпремию СССР. Большим циклом работ стало создание экологически сбалансированных средств против насекомых-вредителей сельского хозяйства. Так, мы получили целый ряд феромонов насекомых, и с помощью одного из них нам удалось защитить 50 тысяч гектаров хлопчатника от хлопковой совки в Узбекистане.
Нобелевский лауреат Эйити Нэгиси занимается преимущественно металлоорганическим синтезом. Он автор именной реакции на основе алюминийорганических соединений. Один из моих учеников — директор Института нефтехимии и катализа УрО РАН, чл.-корр. РАН Усейн Меметович Джемилев, автор именной реакции алюминий- и магнийорганических соединений. Не будет преувеличением сказать, что наш цикл практических работ по алюмоорганике существенно превышает объём работ Нэгиси. Единственный из троих лауреатов, кто целенаправленно занимался разработкой приложения изобретённой методики — это Акира Судзуки. И хотя её основой послужила реакция Хека, но, изрядно модифицировав её, он разработал собственную очень красивую реакцию. Она проходит в ещё более мягких (естественных — при комнатной температуре и в обычной воздушной среде) условиях, чем реакция Хека, и потому быстро нашла применение в синтезе ещё большего количества медицинских препаратов и новых материалов.
Как автора метода металлорганического катализа Хека цитируют заметно чаще, чем Судзуки, но в защиту второго хотелось бы сказать, что в 1965 году великий синтетик Роберт Вудвард за свои уникальные открытия один получил Нобелевскую премию, а в этом году её поделили между собой сразу три химика. На вручении награды Вудварда в шутку назвали «вторым мастером после Природы», а формулировка обоснования, почему премия досталась именно ему, звучала так: «За развитие искусства органического синтеза». Теоретики очень любят поспорить о том, какая наука «более настоящая»: теоретическая или практическая, и я всегда охотно с ними соглашаюсь, что химия — это не наука. Она — искусство, это выше! Те реакции, которые непритязательны по условиям протекания и очень просты в эксперименте, химики называют изящными. Потому что они далеко не всегда очевидны, если пользоваться только инструментами методистов — логикой и знаниями. Разработка нового метода — открытие, достойное самой высокой награды, и, тем не менее, это лишь первый толчок к пониманию и овладению реальной технологией. Ведь наука служит не сама себе — практический результат важен для всего мирового сообщества.
Фото В. Новикова
стр. 7
|
