Рутениевый катализатор помог разделить изотопные зеркальные формы молекул
Японские химики предложили способ разделять зеркальные формы молекул, хиральность которых возникает из-за замены водорода дейтерием. Работа Тацуи Утиды и соавторов опубликована в Science Advances. Для разделения исследователи использовали рутениевый катализатор и небольшое различие в поведении связей углерода с двумя изотопами водорода.
Результат может облегчить получение соединений для химических и фармацевтических исследований. Однако эффективность зависит от строения молекулы: универсального способа разделения любых зеркальных форм авторы не заявляют.
Почему изотопные зеркальные формы трудно различить
Хиральные молекулы существуют в формах, которые соотносятся как левая и правая рука: их зеркальные изображения нельзя совместить простым поворотом. Такие формы называют энантиомерами. У них одинаковый атомный состав, но разное пространственное устройство.
В рассматриваемом случае асимметрия связана с изотопами. Ядро обычного водорода содержит один протон, а ядро дейтерия — протон и нейтрон. Поэтому дейтерий тяжелее. Разницу создаёт именно дополнительный нейтрон, а не протон.
После замены атома водорода дейтерием могут возникнуть зеркальные формы, настолько близкие по свойствам, что обычные методы плохо их разделяют. При этом сами энантиомеры не отличаются наличием дейтерия: он есть у обеих форм, а различается его пространственное положение.
Как катализатор использует небольшое различие связей
Исследователи соединили пространственную избирательность катализатора с тем, что связь углерод–дейтерий труднее разорвать, чем связь углерод–водород. В реакции присоединения азотсодержащей группы одна зеркальная форма превращалась быстрее другой. По мере реакции смесь обогащалась менее быстро реагирующим энантиомером.
Результаты требуют аккуратной интерпретации:
- в одном из опытов отношение скоростей реакции двух форм достигло 83;
- наиболее высокие оценки обогащения, превышавшие 99,9% одной формы, преимущественно получили косвенным расчётом по продуктам реакции;
- отдельная независимая проверка дала соотношение 93:7, близкое к расчётному 94:6;
- разные соединения разделялись с неодинаковой эффективностью.
Таким образом, химики показали, что очень небольшое изотопное различие можно использовать практически. При этом расчётную оценку чистоты нельзя во всех случаях выдавать за прямое измерение состава выделенного вещества.
Что это даёт исследователям лекарств
Изотопно меченные молекулы нужны для изучения химических превращений и свойств потенциальных лекарственных соединений. Более удобный доступ к отдельным зеркальным формам позволит точнее сравнивать их поведение.
Читайте также: Роботы и видимый свет помогли автоматизировать синтез молекул для исследований.
Новый метод относится к получению и разделению молекулярных компонентов. Он не доказывает лечебную эффективность этих веществ и не означает, что получено готовое лекарство. Дальнейшие испытания должны показать, насколько широко подход применим к другим структурам.
