Новый металлорганический каркас (МОК) APF-80 позволяет использовать метод кристаллической губки для захвата и анализа нуклеофильных соединений.
Алкалоиды — это разнообразная группа биологически активных соединений, которые обычно повреждают кристаллы МОК и препятствуют изучению. Включая в себя множество структурных мотивов, эти соединения инкапсулируются внутри APF-80, что позволяет собирать высококачественные кристаллографические данные. Это открытие открывает новые возможности для структурного анализа, продвигая разработку лекарств и биохимию.
Алкалоиды — это разнообразное семейство встречающихся в природе соединений, содержащих азот. Они содержатся в растениях, животных и микроорганизмах и играют важную роль в природе, например, в защите и коммуникации. Многие алкалоиды известны своими уникальными и мощными эффектами на живые организмы даже в незначительных количествах, что делает их чрезвычайно ценными для науки и медицины.
Некоторые известные примеры — кофеин, никотин, хинин и морфин — вещества, которые сформировали повседневные привычки и спасли жизни.
Алкалоиды часто имеют сложные молекулярные структуры с трёхмерными элементами, и их характеристика является сложной задачей. Методы молекулярного анализа, такие как дифракция рентгеновских лучей, требуют, чтобы целевое соединение было в кристаллической форме. Однако выращивание монокристалла — нетривиальная задача, требующая много времени и усилий.
Но что, если бы мы могли придать кристаллический порядок алкалоидам, используя тщательно разработанный молекулярный каркас, тем самым удовлетворяя требованиям дифракционных методов?
В недавнем исследовании группа учёных под руководством профессора Масаки Кавано и доцента Юки Вада из Института естественных наук в Токио, Япония, расширила метод кристаллической губки (CS), чтобы сделать его совместимым с алкалоидами. Их работа опубликована в Journal of the American Chemical Society.
Метод CS — это инновационный метод, представленный в 2013 году, который позволяет учёным использовать дифракционный анализ молекул, которые в противном случае было бы слишком сложно кристаллизовать самостоятельно. Вместо выращивания кристаллов из целевого соединения метод работает путём пропитки молекул в кристаллический пористый каркас, который упорядочивает их в регулярную структуру посредством химических взаимодействий.
Однако обычные каркасы CS легко разрушаются нуклеофильными соединениями, такими как алкалоиды, что препятствует их применению для таких молекул.
На этом фоне исследовательская группа разработала новый металлорганический каркас (МОК), который они назвали APF-80. Этот МОК обладает несколькими структурными мотивами, которые позволяют ему захватывать нуклеофильные соединения и иммобилизовать их внутри поры, сохраняя при этом свою структурную целостность.
«APF-80 имеет гидрофильную пористую среду и двойные лабильные координационные сайты, что позволяет использовать координационные связи и водородные связи для иммобилизации молекул-гостей», — объясняет Кавано.
Используя APF-80, исследователи успешно захватили и определили структуры 12 нуклеофильных соединений с помощью дифракции рентгеновских лучей. Среди них были природные алкалоиды, такие как кофеин и никотин, фармацевтические соединения, такие как омепразол и абакавир, и ранее не описанный промежуточный продукт.
Исследовательская группа определила пять различных типов взаимодействий, с помощью которых APF-80 захватывает и взаимодействует с нуклеофильными соединениями.
«Разнообразие взаимодействий внутри APF-80 облегчило эффективное размещение различных молекулярных форм и функциональных групп, стабилизируя их положение и ориентацию внутри поры», — говорит Вада. «Эти свойства позволили нам получить высококачественные кристаллографические данные, для моделирования которых потребовались минимальные ограничения».
Благодаря так называемому мультимодальному синергетическому механизму выравнивания APF-80 станет возможным применять мощный метод CS к алкалоидам и другим нуклеофильным молекулам. Если повезёт, эта работа проложит путь к захватывающим открытиям в биохимии, медицине и пищевой науке.
Предоставлено Институтом естественных наук в Токио.