Создание нового лекарства часто напоминает сборку сложного конструктора: чем необычнее и объёмнее должна получиться молекула, тем больше химических реакций приходится проводить. Каждый дополнительный этап требует времени, реагентов и очистки продукта. Теперь исследователи предложили способ одновременно изменять два соседних атома углерода — с помощью доступных исходных веществ и обычного синего света.
Исследование под руководством специалистов Университета Буффало (University at Buffalo) опубликовано 9 июля 2026 года в журнале Science. В работе также участвовали учёные Бингемтонского университета (Binghamton University).
Новый подход пока не привёл к появлению конкретного препарата. Это метод органического синтеза, который потенциально может облегчить создание молекул-кандидатов для последующего лабораторного и клинического изучения.
Два изменения вместо одного
Основу большинства низкомолекулярных лекарств составляют атомы углерода, соединённые в цепочки и кольца. Меняя расположенные вокруг них химические группы, исследователи могут влиять на форму молекулы, её устойчивость и способность связываться с определённой мишенью в организме.
Особенно удобны для такой работы соединения, содержащие связь между углеродом и галогеном. Галогены — это группа химических элементов, к которой относятся, например, хлор и бром. В ходе стандартной реакции атом галогена можно удалить и заменить другим молекулярным фрагментом.
Однако традиционно такое превращение затрагивает только тот атом углерода, с которым был связан галоген. Соседний атом остаётся неизменным.
Метод исследовательской группы позволяет модифицировать сразу два расположенных рядом атома углерода. В химии такое превращение называют вицинальным дизамещением: «вицинальный» означает, что изменения происходят в соседних участках молекулы.
По словам одного из руководителей работы, научного сотрудника кафедры химии Дженнифер Хирши (Jennifer Hirschi), возможность выполнить два изменения в рамках одной реакции особенно важна при создании низкомолекулярных лекарственных соединений. Чем меньше отдельных этапов требуется, тем быстрее химики могут получить и проверить различные варианты молекулы.
Как работает фотокатализатор
Исследователи смешали исходные соединения, содержащие углерод-галогенные связи, с фотокатализатором. Так называют вещество, которое поглощает свет и за счёт полученной энергии запускает или ускоряет химическую реакцию.
Под действием синего света катализатор ненадолго переводил молекулы в более реакционноспособное состояние. Возникало краткоживущее промежуточное соединение, благодаря которому к двум соседним атомам углерода можно было присоединить новые химические группы.
Для освещения использовали синие светоизлучающие диоды (LED) — устройства, широко применяемые в бытовых лампах, аквариумах и системах освещения растений. В лаборатории источники света разместили внутри небольших отсеков, получивших неофициальное название «буффальские коробки». В каждом таком отсеке свет активировал реакцию в пробирках.
Научный сотрудник кафедры химии и автор для переписки Патрисия З. Мусаккио (Patricia Z. Musacchio) отметила, что видимый свет позволяет проводить превращение в сравнительно мягких условиях. По её словам, метод расширяет возможности хорошо известных реакций с углерод-галогенными соединениями и может сократить путь к сложным молекулам.
Почему используют видимый, а не ультрафиолетовый свет
Некоторые фотохимические реакции требуют более энергичного ультрафиолетового (УФ) излучения. Однако такая энергия способна разрушать органические вещества или запускать нежелательные побочные реакции.
Синий свет относится к видимой части спектра и действует мягче. Это может быть особенно важно при работе со сложными молекулами, в которых уже присутствуют чувствительные химические группы.
Более щадящие условия также повышают вероятность того, что новый метод удастся применять к широкому набору исходных веществ. Тем не менее его совместимость с конкретными лекарственными структурами ещё предстоит подробно проверить.
Что это означает для разработки лекарств
В современной медицинской химии ценятся молекулы с выраженной трёхмерной структурой. Такая форма иногда помогает соединению точнее взаимодействовать с биологической мишенью и слабее воздействовать на другие белки. Теоретически это может повысить избирательность будущего лекарства, однако само по себе усложнение структуры не гарантирует ни эффективности, ни безопасности.
Главное преимущество нового метода заключается в возможности быстрее создавать разнообразные варианты молекул. Затем исследователи смогут сравнивать их свойства, проверять взаимодействие с биологическими мишенями и отбирать наиболее перспективные соединения.
Команда планирует изучить, можно ли приспособить реакцию к конкретным задачам фармацевтической химии. Для перехода от химического метода к лекарственному препарату потребуются дополнительные исследования: оценка биологической активности, токсичности, поведения вещества в организме и, при успешных результатах, клинические испытания.
Похожую роль света в создании необычных молекулярных структур описывает материал «Свет помог химикам получить „домики“ из напряжённых молекул».
Литература
Zhang Y. et al. Vicinal disubstitution of alkyl C–X synthons via alkene radical cation generation // Science. 2026. DOI: 10.1126/science.aef0766.