Ученые разработали экологичный метод синтеза лекарственных молекул

Асимметричный прямой электролиз с использованием хирального поддерживающего электролита и динамическое кинетическое разрешение трехвалентных фосфинов через пирамидальную инверсию радикального катиона фосфония. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09238-x

Химики из Корнеллского университета разработали экологичный электрохимический метод создания хиральных молекул, которые существуют в виде зеркальных пар, подобно человеческим рукам. Такие молекулы широко используются в фармацевтике, и важно получать именно нужную версию для эффективности и безопасности лекарств.

«Многие лекарственные молекулы хиральны — как наши руки, они выглядят похоже, но одна может эффективно лечить болезнь, а другая — быть неактивной или даже ядовитой», — объясняет Сонг Лин, профессор химии и химической биологии в Колледже искусств и наук. «Часто в медицине критически важно синтезировать только одну из двух зеркальных молекул».

Например, в обезболивающем ибупрофене одна сторона хиральной молекулы активна, а другая (ее энантиомер) безвредна. Однако во многих других препаратах «зеркальный» энантиомер токсичен, что делает синтез хиральных молекул ключевой задачей органической химии. Работы по асимметрическому катализу (использованию хиральных катализаторов) уже принесли Нобелевские премии в 2001 и 2021 годах.

В статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи описывают новый подход: использование электрохимии для селективного синтеза хиральных соединений, где хиральную среду создают электролиты реакции. Это принципиально новая стратегия.

Хотя электрохимия экологична, ее редко применяют для создания хиральных молекул из-за сложностей на границе твердого электрода и жидкого раствора. Ученые преодолели это, придав реакции хиральную форму через электролиты — обычно фоновый элемент.

«Поддерживающие электролиты — это соли, которые добавляют просто для проводимости раствора. Обычно они не играют явной роли в реакции. Но здесь мы используем их для взаимодействия с электрохимически генерируемыми молекулами, чтобы получать только нужный энантиомер», — поясняет Лин.

Поскольку электролит всегда присутствует на границе раздела, метод потенциально применим ко многим типам электрохимических реакций, включая синтез лекарств.

Хиральность распространена в природе — от спиралей растений до аминокислот и белков. Рецепторы в человеческом организме также хиральны, поэтому по-разному взаимодействуют с хиральными молекулами.

Исследователи сотрудничали с лабораторией Университета Брауна, используя молекулярное моделирование для наблюдения реакции на молекулярном уровне.

«Известно, что ионы электролита концентрируются у поверхности электрода с противоположным зарядом. Это повышает концентрацию хирального индуктора, делая реакцию эффективнее», — отмечает Юэ Ци, профессор инженерии.

Работа велась при поддержке Национального научного фонда. Ученые планируют детальнее изучить механизм и расширить спектр синтезируемых молекул.

«Эта технология может найти промышленное применение, но путь от открытия до внедрения долог. Важно, что NSF поддерживает фундаментальные исследования — они могут сыграть большую роль в долгосрочной перспективе», — заключил Лин.

Дополнительная информация: Kaining Mao et al, Dynamic kinetic resolution of phosphines with chiral supporting electrolytes, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09238-x