TTÜ keemikud murdsid keeruka reaktsiooni kontrolli, abi ravimiarendusele

Tallinna Tehnikaülikooli teadlased töötasid koos Taani Aarhusi ülikooliga välja meetodi, mis võimaldab kontrollida seni raskesti juhitavat tsükliliitumisreaktsiooni. Uus lähenemine ühendab valgusenergia, katalüüsi ja ühe-poti sünteesi, et toota keerukaid molekulaarseid karkasse, mida leidub paljudes põletikuvastastes, kasvajavastastes ja antibakteriaalsetes looduslikes ühendites, ning vähendab selleks kuluvat aega ja ressursse.

Tallinna Tehnikaülikooli keemia ja biotehnoloogia instituudi teadlased on leidnud võimaluse juhtida mitut reaktsioonikeset hõlmavat tsükliliitumisreaktsiooni, protsessi, mida on seni peetud liiga keeruliseks praktiliseks kasutamiseks. Tulemus avaldati ajakirjas Organic Letters.

Miks see reaktsioon nii keeruline on?

Vanemteadur Mikk Kaasik võrdles reaktsiooni kahe keeruka LEGO-klotsi ühendamisega: mida rohkem on võimalikke ühenduskohti, seda rohkem erinevaid tulemusi võib saada. Kui kaks keerukat molekuli reageerivad, tekib sageli suur hulk isomeere, ühendeid, mis koosnevad samadest aatomitest, kuid on erineva ehituse või kolmemõõtmelise kujuga. Nende bioloogiline toime võib drastiliselt erineda.

«Keerukuse tõttu kasutatakse selliseid reaktsioone praktikas harva,» nentis Kaasik. Tavapärases ravimisünteesis tähendab see pikka reaktsioonide jada, kus iga etapi järel tuleb vaheühendid eraldada ja puhastada, aeglane ja kulukas protsess.

Valgus, katalüüs ja üks anum

TTÜ teadlased töötasid koos kolleeg Aleksandra Murrega ning Aarhusi ülikooli rühmaga välja skeemi, kus valgusenergia, organokatalüüs ja ühe-poti süntees toimivad koos. Antud tsükliliitumises osaleb korraga viis keemilist sidet, tavaliselt kasutatakse kahte või kolme, mis suurendab võimalike reaktsiooniteede arvu veelgi.

Reaktsiooni võtmekomponent on keteen: äärmiselt reaktsioonivõimeline, kuid kergesti lagunev ühend. Teadlaste lahendus oli tekitada keteeni valguse abil täpselt sel hetkel, kui seda vaja on, ning lasta sel reageerida edasi samas anumas. Selline ühe-potti lähenemine väldib keteeni eraldamisest tulenevat efektiivsuskaotust.

Reaktsiooni täpse suunamise tagab organokatalüüs, väikesed orgaanilised molekulid, mis võimaldavad saada ainult ühe soovitud ühendi ning kontrollida ka selle kolmemõõtmelist ehitust. Protsess toimib pehmetes tingimustes: ei kõrget temperatuuri ega rõhku.

Ravimiarenduse platvorm

«Uuringu tulemusel saadi keerukas mitmetsükliline molekulaarne karkass, mille perekonna esindajaid leidub paljudes põletikuvastaste, kasvajavastaste ja antibakteriaalsete omaduste poolest tuntud looduslikes bioaktiivsetes ühendites,» ütles Kaasik.

Keemikud nimetavad selliseid struktuure privilegeeritud karkassideks (privileged scaffolds), sest sama alusmolekuli põhjal saab ehitada terve seeria bioaktiivseid ühendeid. Ravimiarenduses tuleb testimiseks läbi käia suur hulk sarnase ehitusega molekule; uus meetod pakub selleks paindliku ja kiire platvormi, mis tarbib vähem ressursse ja tekitab vähem jäätmeid kui senised mitmeastmelised sünteesid.