Российские исследователи из Высшей школы экономики и Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН предложили новый способ повысить избирательность реакции получения производных гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), входящих в состав успокоительных. Ученые использовали фторидную добавку, которая увеличила долю полезной формы продукта реакции более чем в два раза, а общий выход реакции — в 2,5 раза. Такой подход может повысить эффективность производства компонентов лекарств и сделать его дешевле.

Исследование опубликовано в The Journal of Organic Chemistry.

Некоторые органические молекулы существуют в виде двух зеркально симметричных структур, похожих друг на друга, как левая и правая рука человека. Такое свойство называют изомерией, а соединения — энантиомерами. Такая изомерия возникает, например, у молекул, в структуре которых атом углерода связан с четырьмя различными атомами (например, с водородом) или атомными группами (карбоксильная группа — COOH).

Разницы в физических и химических свойствах между изомерами нет, при этом биологическая активность молекул может отличаться, из-за чего они по-разному воздействуют на людей. Это важно учитывать при изготовлении лекарств, в составе которых может быть несколько оптических изомеров. Известны случаи, когда одна из форм изомера обладала лечебными свойствами, а вторая — вредила. Так произошло с американским препаратом талидомидом в 1957 году. Его как успокоительное, снотворное, а также средство от утренней тошноты прописывали беременным женщинам, но оказалось, что изомер, входящий в его состав, приводит к дефектам развития у детей.

Поэтому при разработке лекарств ученые стремятся к селективному синтезу — получению преимущественно одного изомера с необходимой конфигурацией атомов. Оценить это позволяет энантиомерный избыток. Он показывает, насколько больше образуется одного изомера по сравнению с другим, в процентах. Чем он выше, тем более оптически чистым является продукт.

Изменение показателей реакции после активации фторидной добавкой / ©The Journal of Organic Chemistry

Команда российских ученых предложила новый способ повышения селективности реакции присоединения по Михаэлю. С помощью такого механизма получают производные гамма-аминомасляной кислоты. Ряд производных соединений ГАМК входят в состав лекарств, например фенибута и баклофена — средства от психических расстройств (тревожности, бессонницы и т.д.). Производные могут существовать в виде оптических изомеров, поэтому синтез нужно проводить селективно и создавать преимущественно один изомер. Для этого во время синтеза молекулы, помимо стандартного катализатора из комплекса бромида никеля и диимина, химики использовали фторидную добавку.

«Есть несколько подходов к тому, как повлиять на течение химической реакции. Можно усложнить сам катализатор, но это приведет к необходимости менять процесс производства, технологические карты и перестраивать заводы. Второй вариант — найти подходящую добавку, способную повлиять на катализатор. При таком подходе изменение производства будет недорогим — достаточно всего лишь “посолить”, что выгодно для промышленности», — поясняет один из авторов статьи, студент факультета химии НИУ ВШЭ Федор Клюев.

Фторидная добавка изменила поведение катализатора реакции: увеличилось общее количество продукта (выход реакции), а доля полезного изомера стала больше (энантиомерный избыток). С использованием фторидной добавки минимальный выход продукта составлял 75 процентов, а энантиомерный избыток — 84. Без добавки максимальные значения для выходы продукта составляли 35 и 50 процентов — для энантиомерного избытка.

По мнению исследователей, изменение этих показателей сделает синтез дешевле: при том же расходе сырья продукта будет образовываться больше и он будет оптически чище.

«В рамках исследования удалось получить принципиальное доказательство, что предложенная нами стратегия для активации катализаторов фторидами работает. Мы надеемся, что такой простой подход заметят и будут применять для других типов катализаторов и реакций, как в лабораторных синтезах, так и в промышленности», — комментирует профессор, заведующий базовой кафедры элементоорганической химии Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН Денис Чусов.