Новый металло-органический каркас открывает путь к анализу структуры алкалоидов

На этой инфографике изображён новый металло-органический каркас APF-80, который позволяет анализировать структуру нуклеофильных соединений с помощью дифракционных методов. Автор: Токийский научный институт

Учёные разработали новый металло-органический каркас APF-80, который позволяет применять «метод кристаллической губки» для захвата и анализа нуклеофильных соединений. Алкалоиды, разнообразная группа биологически активных соединений, обычно повреждают кристаллы MOF и плохо поддаются изучению. Благодаря включению нескольких структурных мотивов, эти молекулы-гости 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 сложные молекулы, и их характеристика является сложной задачей. Методы молекулярного анализа, такие как рентгеновская дифракция, требуют, чтобы целевое соединение находилось в кристаллической форме. Однако выращивание монокристалла — нетривиальная задача. Метод кристаллической губки, представленный в 2013 году, позволяет учёным использовать дифракционный анализ для молекул, которые слишком сложно кристаллизовать самостоятельно. К сожалению, обычные каркасы «кристаллической губки» легко разрушаются нуклеофильными соединениями, такими как алкалоиды.

Исследовательская группа под руководством профессора Масаки Кавано и доцента Юки Вада из Токийского научного института разработала новый MOF, названный APF-80. Этот каркас обладает несколькими структурными мотивами, которые позволяют ему захватывать нуклеофильные гости и обездвиживать их внутри поры, сохраняя структурную целостность.

«APF-80 обладает гидрофильной средой поры и двойными лабильными координационными центрами, что позволяет синергетически использовать координационные и водородные связи для иммобилизации молекул-гостей», — объясняет Кавано.

Используя APF-80, исследователи успешно захватили и определили структуры 12 нуклеофильных соединений с помощью рентгеновской дифракции. Среди них были природные алкалоиды, такие как кофеин и никотин, фармацевтические соединения, такие как омепразол и абакавир, а также ранее не описанный промежуточный продукт.

«Разнообразная активность внутри APF-80 способствовала эффективному размещению различных молекулярных форм и функциональных групп, стабилизируя их положение и ориентацию внутри поры», — говорит Вада. — «Эти свойства позволили нам получить высококачественные кристаллографические данные».

Благодаря этому механизму синергетического выравнивания, APF-80 позволит применять мощный метод кристаллической губки к алкалоидам и другим нуклеофильным молекулам. Эта работа прокладывает путь к новым открытиям в биохимии, медицине и науке о питании.

Больше информации: Tomoki Nakagawa et al, Structural Elucidation of Nucleophilic Compounds through Synergistic Coordination and Hydrogen Bonding in a Metal–Organic Framework, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c07192