Хиральность: как правая и левая рука
Две молекулы могут иметь одинаковый состав, но разную форму и расположение в пространстве. И эта разница может изменить всё. Понимание и контроль этого явления имеют решающее значение для разработки лекарств.
Команда из Университета Женевы (UNIGE) в сотрудничестве с Университетом Пизы разработала новое семейство удивительно стабильных хиральных молекул. Эта работа открывает новые перспективы для создания лекарств с контролируемой геометрией. Исследование [опубликовано](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c06394) в Journal of the American Chemical Society.
Молекула (или любой объект) считается хиральной, если её нельзя наложить на её зеркальное отображение путём любого сочетания вращений, перемещений и геометрических изменений. Это похоже на наши две руки, которые выглядят одинаково, но не могут быть наложены друг на друга, независимо от того, смотреть ли на них со спины или с ладони.
В молекуле хиральность часто возникает из-за наличия одного или нескольких центров асимметрии, известных как стереогенные центры. Они часто состоят из центрального атома углерода, связанного с четырьмя различными группами или цепочками атомов, обычно также углерода.
Группа под руководством Жерома Лакура, профессора кафедры органической химии, школы химии и биохимии, факультета естественных наук UNIGE, создала новый тип стереогенного центра. На этот раз центральный атом углерода окружён не углеродными цепями, а только атомами кислорода и азота. Это впервые в области химии.
«Молекулы с этим новым типом стереогенного центра никогда ранее не были выделены в стабильной форме. Их синтез и характеристика знаменуют крупный концептуальный и экспериментальный прорыв», — объясняет Жером Лакур.
Стабильность хиральных молекул — особенно важный параметр. Пары зеркальных молекул структурно очень близки, и во многих случаях возможен спонтанный переход от одной к другой, например, под воздействием температуры.
Как если бы левая рука внезапно превратилась в правую. Таким образом, мы могли бы перейти от лекарства к неактивной или даже токсичной молекуле. Новые молекулярные структуры, разработанные командой UNIGE, отличаются исключительной хиральной стабильностью, что означает, что переход от одной молекулы к её зеркальному отображению особенно маловероятен.
Оливье Виудес, доктор философии и первый автор исследования, объясняет: «Используя методы динамической хроматографии и расчёты квантовой химии, мы показали, что для первой разработанной молекулы потребовалось бы 84 000 лет при комнатной температуре, чтобы половина образца превратилась в его зеркальное отображение».
Для лекарства такая стабильность гарантирует безопасное хранение без необходимости соблюдения особых условий. Для второй молекулы это время было оценено в 227 дней при 25 °C.
Новые стереогенные центры, разработанные женевской командой, должны позволить создавать стабильные, контролируемые трёхмерные хиральные молекулы. Эти структуры открывают новые возможности для разработки лекарств и создания новых материалов.
«Эти новые стереогенные центры предлагают новый способ организации молекулярного пространства. Они открывают совершенно новую степень свободы и воображения в химическом синтезе», — заключает Дженнаро Песчителли, профессор Университета Пизы и со-главный исследователь статьи.
Предоставлено [Университетом Женевы](http://www.unige.ch/)