Учёные создали стабильные хиральные молекулы с новыми стереогенными центрами для будущих лекарств

Углеродные стереоцентры. Автор: Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c06394

Хиральность — как правая и левая рука: две молекулы могут иметь одинаковый состав, но разную форму и пространственное расположение. И эта разница может изменить всё. Понимание и контроль этого явления крайне важны для разработки лекарств.

Команда из Женевского университета (UNIGE) в сотрудничестве с Пизанским университетом разработала новое семейство удивительно стабильных хиральных молекул. Эта работа открывает новые перспективы для создания лекарств с контролируемой геометрией. Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society.

Молекула или любой объект называется хиральным, если его нельзя совместить со своим зеркальным отражением с помощью поворотов, перемещений или геометрических изменений. Это похоже на наши две руки, которые выглядят одинаково, но не могут быть совмещены, будь то вид с тыльной стороны или с ладони. Эта универсальная молекулярная асимметрия требует от химиков создания хиральных молекул, способных точно взаимодействовать с живыми системами.

Внутри молекулы хиральность часто возникает из-за наличия одного или нескольких центров асимметрии, называемых стереогенными центрами. Обычно они состоят из центрального атома углерода, связанного с четырьмя различными группами или цепочками атомов, чаще всего тоже углеродными.

Группа под руководством Жерома Лякура, профессора кафедры органической химии UNIGE, создала новый тип стереогенного центра. На этот раз центральный атом углерода окружён не углеродными цепями, а только атомами кислорода и азота. Это первый подобный случай в химии.

«Молекулы с таким новым типом стереогенного центра ранее никогда не удавалось выделить в стабильной форме. Их синтез и характеристика знаменуют собой важный концептуальный и экспериментальный прорыв», — объясняет Жером Лякур.

Исключительная стабильность

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 действием 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 делает переход от одной молекулы к её зеркальной «сестре» крайне маловероятным.

Оливье Вьюд, аспирант и первый автор исследования, поясняет: «Используя методы динамической хроматографии и квантово-химические расчёты, мы показали, что для первой разработанной молекулы потребуется 84 000 лет при комнатной температуре, чтобы половина образца превратилась в свою зеркальную молекулу».

Для лекарства такая стабильность гарантирует безопасное хранение без необходимости создания специальных условий. Для второй молекулы это время оценивается 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 Пешителли, профессор Пизанского университета и соавтор исследования.

Дополнительная информация: Olivier Viudes et al, All-Heteroatom-Substituted Carbon Spiro Stereocenters: Synthesis, Resolution, Enantiomeric Stability, and Absolute Configuration, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c06394

Источник: University of Geneva

Интересный факт: Хиральность играет ключевую роль не только в химии, но и в биологии. Например, аминокислоты в живых организмах существуют только в одной хиральной форме (L-форма), в то время как их зеркальные аналоги (D-форма) не используются в биологических процессах. Это одна из загадок происхождения жизни на Земле.