Клік і готово, як конструктор! Пояснюємо, як Нобель із хімії рятуватиме життя і природу

5 жовтня Нобелівську премію з хімії отримали Каролін Бертоцці, Мортен Мелдал і Баррі Шарплесс "за розробку клік-хімії й біоортогональної хімії", повідомили на сайті Нобелівського комітету.  

Що це таке, де застосовується, чи використовується в Україні – LIGA.Life розповіли: 

• Олександр Григоренко – доктор наук, професор хімічного факультету КНУ імені Тараса Шевченка, науковий консультант ТОВ НВП "Єнамін".

• Валентин Чебанов – доктор хімічних наук, професор, перший заступник генерального директора НТК "Інститут монокристалів" НАН України, член-кореспондент НАН України. 

Що таке клік-хімія

Якщо дуже спростити, це – легкий і зручний конструктор складних хімічних молекул. Концепція, що означає використання максимально ефективних і зручних методів для створення нових молекул, які були б екологічними, безпечними і дуже ефективними, розповідає Олександр Григоренко: "Як клацнути пальцями – настільки просто".  

Це як у конструкторі, де одна деталь легко кріпиться до іншої, зауважує Валентин Чебанов: "Клік, клік – і з набору деталей збирається будівля". Так само завдяки клік-хімії великі та складні хімічні молекули почали збирати як конструктор, дуже простими методами. 

Кожна клік-реакція, каже Чебанов, проходить практично без побічних продуктів. Всі, або практично всі атоми, які були в початкових молекулах, входять до кінцевої молекули, яку збираємо. Тобто відходів немає. Першим вигадав цю концепцію саме Баррі Шарплесс: "Він був батьком-засновником". 

Шарплесс, підкреслюють науковці, став лауреатом Нобелівської премії з хімії вже вдруге, це рідкісний випадок. 

"Вперше отримав цю відзнаку в 2001 році за створення нових молекул, але тоді вивчав асиметричні перетворення – це інший напрямок. Після цього започаткував клік-хімію, – розповідає Григоренко, – Шарплесс – видатна людина. Його ім’я розкручене в науковій спільноті, декілька хімічних реакцій мають його ім’я". 

Започаткувавши клік-хімію, Баррі Шарплесс розробив кілька реакцій, які відповідають вимогам цієї концепції. Одна з найчастіше використовуваних – так зване азид-алкінове циклоприєднання. "Це взаємодія двох класів органічних речовин, алкінів та азидів. Поєднуючись, вони легко і швидко утворюють нові органічні молекули", – пояснює Григоренко. 

Цю реакцію паралельно, але окремо на початку "нульових", розробила наукова група Шарплесса і другого цьогорічного лауреата Мортена Мелдала. Мелдал навіть дещо раніше. Вигадавши цей метод, зауважує Чебанов, науковці змогли збирати вже не просто складні молекули – це дозволило використовувати їх і в біології. Наприклад, чіпляти ці складні молекули на різні поверхні. 

Пізніше, розповідає Григоренко, Шарплесс відкрив ще одну реакцію, яка відповідала концепції клік-хімії. Почався новий виток популярності цього напрямку.

Звідки взялася біоортогональна хімія

Біоортогональна хімія виросла з клік-хімії, пояснює Григоренко. Її ідея – використовувати ці прості та ефективні реакції безпосередньо в живому організмі, не порушуючи його роботу. 

Спираючись на роботи інших хіміків, третя цьогорічна лауреатка Каролін Бертоцці розробила власну концепцію використання клік-хімії для прикладних речей, пов’язаних із біологією, розповідає Чебанов. "Вона запропонувала реагенти, які швидко реагують і не шкодять живим організмам", – пояснює він. 

Де використовують клік-хімію та біоортогональну хімію

Ефективне поєднання молекул багато де потрібне: 

1) У фармації – для створення лікарських субстанцій. 

"Коли синтезують лікарські субстанції, це найбільш "брудна хімія". Під час синтезу 1 кг корисної продукції фармації може бути синтезовано до 1 т побічних продуктів. А використання клік-хімії дозволило зробити ці виробництва більш "зеленими". Там, по суті, немає відходів", – розповідає Чебанов. 

"Поки не можу назвати таким способом синтезований широко відомий препарат, але в майбутньому це точно буде", – додає Григоренко.

2) Для зміни природних сполук для медицини, сільського господарства.

3) Для зміни матеріалів. "Це можуть бути сорбенти для очищення стічних вод та грунтів, каталізатори, які використовують на виробництві тощо", – пояснює Чебанов.

Біоортогональну хімію, розповідає Григоренко, використовують насамперед для вивчення роботи живих організмів. Адже вона дозволяє провести хімічну реакцію в живому організмі. "Можемо, наприклад, взяти біологічну молекулу, причепити до неї так звану мітку (це може бути барвник чи щось схоже) і побачити, як себе поводить у живому організмі біологічна молекула, яку хочемо дослідити", – розповідає Григоренко. 

Потенційно, на його думку, біоортогональна хімія може використовуватися для діагностики захворювань. 

Що далі

Навіть без Нобелівської премії клік-хімія розвивалась би далі, бо це зручний і ефективний інструмент, яким щоденно користуються в багатьох лабораторіях світу, переконаний Чебанов. Премія, на його думку, лише продемонструвала, що напрямок дуже важливий. 

Водночас, зауважує Григоренко, зазвичай після Нобелівської премії інтерес до галузі суттєво зростає. Тому попереду, на його думку, відкриття нових реакцій у клік-хімії, які дадуть нові можливості поєднувати молекулярні фрагменти в сполуки: "Варто очікувати також на подальше поглиблення використання цих методів для дослідження живих систем".

Чи використовують клік-хімію в Україні

Так. Валентин Чебанов знає кількох серйозних хіміків-синтетиків у Львові, Києві, Харкові, Одесі, чиї наукові школи використовують клік-хімію. Два останніх проєкти, якими він керував, повністю стосувалися клік-хімії: "Наприклад, ми розробили сорбенти для вилучення важких металів і радіонуклідів із вод та грунтів, їхнє створення було побудоване на принципах клік-хімії".  

Наразі ці реакції в Україні використовуються насамперед у наукових розробках, додає Григоренко, який теж має пов’язані з галуззю наукові публікації. Кілька компаній хімічного спрямування, які він консультує, зокрема, НВП "Єнамін", використовують для отримання нових сполук концепцію клік-хімії.

Читайте також: 

• Пояснюємо Нобеля з фізики, який відкриває шлях до нових проривів в інформатиці й не тільки
• "Ми – нащадки гібридів". Пояснюємо, чим визначні здобутки цьогорічного Нобеля з фізіології