Исследователи из Кембриджского университета разработали технологию, позволяющую изменять структуру сложных лекарственных молекул с помощью светодиодного излучения. Новый метод заменяет использование токсичных химикатов и дорогостоящих металлических катализаторов обычным светом, что может значительно ускорить процесс создания новых медицинских препаратов. Работа, результаты которой опубликованы в журнале Nature Synthesis, описывает реакцию «анти-Фриделя – Крафтса», способную упростить тонкий органический синтез.
Традиционные методы формирования химических связей требуют жестких лабораторных условий и применения агрессивных реагентов. В силу этих ограничений основные изменения в структуру молекулы обычно вносятся на ранних этапах производства, после чего следует длительная цепочка дополнительных превращений для получения финального продукта. Кембриджский метод позволяет модифицировать уже готовые сложные соединения на финальных стадиях разработки. По оценкам ученых, это избавляет химиков от необходимости заново синтезировать всю молекулу ради проверки одного изменения, на что ранее могли уходить месяцы.
В основе технологии лежит использование светодиодной лампы, которая запускает самоподдерживающуюся цепную реакцию при комнатной температуре. Процесс позволяет формировать углерод-углеродные связи – структурный каркас большинства биологических соединений, топлива и пластика. Высокая селективность метода дает возможность изменять конкретный участок молекулы, не затрагивая другие функциональные группы. Такая точность критически важна для фармацевтики, так как минимальные структурные сдвиги определяют биологическую активность препарата, его безопасность и наличие побочных эффектов.
Открытие было сделано случайно в ходе неудачного контрольного эксперимента. Исследователь Дэвид Вэйхи тестировал фотокатализатор и обнаружил, что реакция протекает эффективнее без него, под воздействием только одного света. Подобный фактор случайности часто сопутствовал крупным научным достижениям прошлого, включая открытие рентгеновского излучения и пенициллина. Для анализа полученных данных и прогнозирования результатов на новых соединениях команда применила алгоритмы машинного обучения, разработанные совместно с Тринити-колледжем в Дублине. Искусственный интеллект помог выявить закономерности реактивности, сократив объем необходимых лабораторных испытаний.
Экологический аспект технологии связан с отказом от тяжелых металлов и снижением энергопотребления. Внедрение подобных решений в промышленное производство оценивалось совместно со специалистами фармацевтической компании AstraZeneca. По мнению руководителя исследования профессора Эрвина Райснера, переход химической отрасли к устойчивым методам работы является одной из наиболее сложных задач энергетического перехода. Новая методика не только упрощает поиск новых лекарственных форм, но и способствует снижению объема токсичных отходов в промышленном секторе.
