Клик и готов, как конструктор! Объясняем, как Нобель по химии будет спасать жизнь, природу

5 октября Нобелевскую премию по химии получили Каролин Бертоцци, Мортен Мелдал и Барри Шарплесс "за разработку клик-химии и биоортогональной химии", сообщили на сайте Нобелевского комитета.

Что это такое, где применяется, используется ли в Украине – LIGA.Life рассказали:

• Александр Григоренко – доктор наук, профессор химического факультета КНУ имени Тараса Шевченко, научный консультант ООО НПП "Енамин".
• Валентин Чебанов – доктор химических наук, профессор, первый заместитель генерального директора НТК "Институт монокристаллов" НАН Украины, член-корреспондент НАН Украины.

Что такое клик-химия

Если очень упростить, это – легкий и удобный конструктор сложных химических молекул. Концепция, что означает использование максимально эффективных и удобных методов для создания новых молекул, которые были бы экологичными, безопасными и очень эффективными, рассказывает Александр Григоренко: "Как щелкнуть пальцами – настолько просто".

Это как в конструкторе, где одна деталь легко крепится к другой, отмечает Валентин Чебанов: "Клик, клик – и из набора деталей собирается здание". Так же благодаря клик-химии большие и сложные химические молекулы начали собирать как конструктор очень простыми методами.

Каждая клик-реакция, говорит Чебанов, проходит практически без побочных продуктов. Все или практически все атомы, которые были в начальных молекулах, входят в конечную молекулу, которую собираем. То есть отходов нет. Первым придумал эту концепцию именно Барри Шарплесс: "Он был отцом-основателем".

Шарплесс, подчеркивают ученые, стал лауреатом Нобелевской премии по химии уже второй раз, это редкий случай.

"Впервые получил это отличие в 2001 году за создание новых молекул, но тогда изучал асимметричные преобразования – это другое направление. После этого основал клик-химию, – рассказывает Григоренко, – Шарплесс – выдающийся человек. Его имя раскручено в научном сообществе, несколько химических реакций носят его имя".

Основав клик-химию, Барри Шарплесс разработал несколько реакций, отвечающих требованиям этой концепции. Одна из наиболее часто используемых – так называемое азид-алкиновое циклоприсоединение. "Это взаимодействие двух классов органических веществ, алкинов и азидов. Сочетаясь, они легко и быстро образуют новые органические молекулы", – объясняет Григоренко.

Эту реакцию параллельно, но отдельно в начале "нулевых", разработала научная группа Шарплесса и второго лауреата Мортена Мелдала. Мелдал даже немного раньше. Придумав этот метод, отмечает Чебанов, ученые смогли собирать уже не просто сложные молекулы – это позволило использовать их и в биологии. Например, цеплять эти сложные молекулы на разные поверхности.

Позже, рассказывает Григоренко, Шарплесс открыл еще одну реакцию, отвечавшую концепции клик-химии. Начался новый виток популярности этого направления.

Откуда взялась биоортогональная химия

Биоортогональная химия выросла из клик-химии, объясняет Григоренко. Ее идея – использовать эти простые и эффективные реакции непосредственно в живом организме, не нарушая его работу.

Опираясь на работы других химиков, третья лауреат этого года Каролин Бертоцци разработала собственную концепцию использования клик-химии для прикладных вещей, связанных с биологией, рассказывает Чебанов. "Она предложила реагенты, которые быстро реагируют и не вредят живым организмам", – объясняет он.

Где используют клик-химию и биоортогональную химию

Эффективное сочетание молекул во многом нужно:

1) В фармации – для создания лекарственных субстанций.

"Когда синтезируют лекарственные субстанции, это наиболее "грязная химия". При синтезе 1 кг полезной продукции фармации можно синтезировать до 1 т побочных продуктов. А использование клик-химии позволило сделать эти производства более "зелеными". Там, в сущности, нет отходов", – рассказывает Чебанов.

"Пока не могу назвать таким способом синтезированный широко известный препарат, но в будущем это точно будет", – добавляет Григоренко.

2) Для изменения природных соединений для медицины, сельского хозяйства.

3) Для изменения материалов. "Это могут быть сорбенты для очистки сточных вод и грунтов, катализаторы, которые используют на производстве и т.п.", – объясняет Чебанов.

Биоортогональная химия, рассказывает Григоренко, используется прежде всего для изучения работы живых организмов. Она ведь позволяет провести химическую реакцию в живом организме. "Можем, например, взять биологическую молекулу, прицепить к ней так называемую метку (это может быть краситель или что-то похожее) и увидеть, как ведет себя в живом организме биологическая молекула, которую хотим исследовать", – рассказывает Григоренко.

Потенциально, по его мнению, биоортогональная химия может использоваться для диагностики заболеваний.

Что дальше

Даже без Нобелевской премии клик-химия развивалась бы дальше, потому что это удобный и эффективный инструмент, которым ежедневно пользуются во многих лабораториях мира, уверен Чебанов. Премия, по его мнению, лишь продемонстрировала, что направление очень важно.

В то же время, отмечает Григоренко, обычно после Нобелевской премии интерес к отрасли существенно возрастает. Поэтому впереди, по его мнению, открытие новых реакций в клик-химии, которые дадут новые возможности сочетать молекулярные фрагменты в соединения: "Следует ожидать также дальнейшего углубления использования этих методов для исследования живых систем".

Используют ли клик-химию в Украине

Да. Валентин Чебанов знает нескольких серьезных химиков-синтетиков во Львове, Киеве, Харькове, Одессе, научные школы которых используют клик-химию. Два последних проекта, которыми он руководил, полностью касались клик-химии: "Например, мы разработали сорбенты для извлечения тяжелых металлов и радионуклидов из вод и грунтов, их создание было построено на принципах клик-химии".

В настоящее время эти реакции в Украине используются прежде всего в научных разработках, добавляет Григоренко, тоже имеющий связанные с отраслью научные публикации. Несколько компаний химического направления, которые он консультирует, в частности, НПП "Енамин", используют для получения новых соединений концепцию клик-химии.

Читайте также: 

• Объясняем Нобеля по физике, открывающего путь к новым прорывам в информатике и не только 
  
• "Мы – потомки гибридов". Объясняем, чем знамениты достижения Нобеля по физиологии 2022