9 января 2013

Синтезировано новое поколение стабильных антиароматических соединений

Синтезировано новое поколение стабильных антиароматических соединений

Синтезировав стабильное «антиароматическое» соединение, а также неизвестную ранее промежуточную версию этого соединения, химики из Техасского университета в Остине написали новую, важную главу в истории современной химии. Исследования проводились при участии международной группы ученых из Университета Йонсей в Корее, Университета Хидербада в Индии и Осакского университета в Японии. Их результаты были опубликованы недавно в журнале Nature Chemistry.

Эта история началась еще в 1825 году, когда английский ученый Майкл Фарадей впервые выделил из светильного газа бензол. Позже бензол был определен как одно из класса соединений известных как ароматические соединения, которые имеют огромное значение, как для выполнения биологических функций, так и для промышленного производства.

В организме человека, например, все пять нуклеотидов, которые являются составной частью ДНК и РНК, являются ароматическими. В промышленности, ароматические соединения, полученные из нефти и каменноугольной смолы, являются, среди прочего, предшественниками пластмасс, растворителей, смазок, резины, красителей, гербицидов и текстиля.

«Бензол – это, вероятно, наиболее известное ароматическое соединение», — говорит Джонатан Сесслер, заведующий кафедрой химии им. Роланда Петти в Колледже естественных наук. «Однако существует множество других крайне важных видов ароматических соединений. Например, гем в гемоглобине – то, что придает крови ее красный цвет. Он входит в группу ароматических соединений под названием порфирины. Без них мы имели бы совершенно другую форму существования или не существовали бы совсем».

Ароматические соединения имеют кольцеобразную структуру, которая позволяет электронам распределяться среди различных связей между атомами. Это приводит, помимо прочего, к исключительной степени стабильности. Они удерживаются в своей структуре в условиях, в которых другие молекулы начали бы реагировать.

«Это одна из причин, по которым они так полезны в промышленности», – говорит Сесслер. «По этой же причине они обычно обладают проканцерогенными свойствами. Нам очень сложно усвоить их или катаболизировать, и результаты этого, как правило, не являются «доброкачественными». Одним из первых зафиксированных классов опухолей был тестикулярный рак. В 18 веке он был очень распространен среди трубочистов, которые подвергались воздействию ароматических соединений, содержащихся в каменноугольной смоле».

Сесслер известен как химик, синтезировавший новые классы порфиринов, включая тексафирин – очень крупный порфирин, который разрабатывается в качестве ключевого элемента нового потенциального подхода к лечению рака. Он и его коллеги, взяв уже существующую молекулу, которая впервые была синтезирована Сесслером в 1992 году, нашли способ стабилизировать ее в ее, так называемой антиароматической форме. Антиароматические системы – это злые близнецы ароматических соединений. У антиароматических соединений имеется на два электрона больше или на два электрона меньше, чем у ароматических соединений.

«Они не будут существовать в плоской форме, не забрав или не отдав два электрона, которые отличают их от их ароматических аналогов», — говорит Сесслер. «Поэтому они имеют тенденцию вращаться на более низком энергетическом уровне. Это разрушает их антиароматичность. В итоге подлинно антиароматические соединения неуловимы. Мы же при помощи рационального дизайна, разместили вокруг соединений поддерживающие группы, по сути, фиксируя их на одном месте».

В результате получились антиароматические соединения – с двумя отсутствующими электронами, и еще что-то промежуточное, обладающее ароматическими и антиароматическими свойствами, что не имеет обиходного названия в связи с тем, что раньше этого не существовало.

«Когда приходится с трудом подбирать слова, чтобы описать то, что сделано, можно быть уверенным в том, что это что-то является самым передовым», — говорит Кристиан Брукнер, ученый-химик, занимающейся изучением порфирина, а также профессор Университета штата Коннектикут. «Двадцать лет назад, когда я был студентом магистратуры, мне говорили, что крупные антиароматические соединения подобные этим создать невозможно. Теперь это возможно, причем такие соединения могут переключаться между уровнями, и существовать на промежуточном уровне. Это продвижение науки вперед и прекрасный пример того, насколько возможность химии манипулировать веществами способствует прогрессу».

По своей природе антиароматические соединения настолько же нестабильны, насколько стабильны ароматические соединения. В связи с этим они были стабилизированы всего несколько раз за всю историю исследований в этой области. Антиароматическое соединение, созданное Сесслером в сотрудничестве с его коллегами из Кореи, Японии и Индии, является достаточно важным, чтобы быть включенным в этот элитный список. Значительным является синтезирование впервые в науке промежуточного уровня, а также способность системы переключаться между тремя различными электронными уровнями.

«Впервые можно действительно провести тест на сравнение вкусов Кока-колы и Пепси-колы», — говорит Сесслер. «Сложная теория существовала у нас в течение длительного времени, но для того, чтобы достичь действительно устойчивых результатов, в науке необходимо проведение позитивного и негативного контроля. Теперь мы, наконец, располагаем детальным, контролируемым сравнением того, что делает ароматичность, как она изменяет взаимодействие со светом, как она влияет на цвет, что возбужденное состояние (атома) делает для времени существования, и т.д.

Соединение Сесслера также имеет потенциал применения в области накопления информации. «Нам хорошо удается манипулирование электронами», — говорит Сесслер. «И хотя на данный момент я не работаю в области накопления информации, не трудно представить себе, каким образом система, имеющая три различных электронных уровня, и являющаяся обратимой, может предоставить возможность хранить информацию так, как это невозможно было делать раньше. Двоичная система исчисления дала нам компьютеры. Тернарная система может дать нам еще большую силу».


Источник:
medicalnewstoday.com



Исследования неврологических симптомов COVID-19

Первоначально SARS-CoV-2 был идентифицирован как респираторный вирус, но он может поражать весь организм, включая нервную систему. В новой точке зрения, опубликованной в Science, Авиндра Нат, доктор медицинских наук, клинический директор Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS) при Национальном институте здравоохранения, и Серена Спудич, доктор медицинских наук, Йельская школа медицины, Нью-Хейвен, Коннектикут, подчеркивают, что В…

Как влияет потребление жиров на диабет 2 типа

Ученые из UNIGE обнаружили, что жир может помочь поджелудочной железе адаптироваться к избытку сахара, тем самым замедляя развитие диабета. Диабет 2 типа, которым страдает почти 10% населения мира, является серьезной проблемой общественного здравоохранения. Чрезмерно малоподвижный образ жизни и слишком калорийная диета способствуют развитию этого метаболического заболевания, изменяя функционирование клеток поджелудочной железы и снижая эффективность регуляции…

От чего зависит увеличение миелина в сером веществе мозга

Устойчивость к стрессу и дифференциальные симптомы коррелируют с региональными изменениями в головном мозге Недавнее исследование связывает тревожное поведение у крыс, а также посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) у ветеранов вооруженных сил с повышенным содержанием миелина — вещества, которое ускоряет связь между нейронами — в областях мозга, связанных с эмоциями и памятью. Результаты, представленные учеными из Калифорнийского…

Улучшение физической формы за счет интенсивных упражнений

С помощью 2000 участников Framingham Heart Study исследователи из BU изучили, насколько малоподвижный образ жизни, ходьба и рутинные упражнения влияют на физическую форму. Упражнения полезны для здоровья. Это общеизвестно. Но насколько строгим должно быть это упражнение, чтобы действительно повлиять на уровень физической подготовки человека? И если вы сидите весь день за столом, но при этом…

Как растительная пища помогает вырабатывать мРНК

Будущее вакцин может больше походить на поедание салата, чем на укол в руку. Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде изучают, могут ли они превратить съедобные растения, такие как салат, в фабрики по производству мРНК-вакцин. Коммуникатор РНК или мРНК технология, используемый в COVID-19 вакцин, работает обучая наши клетки распознавать и защитить нас от инфекционных заболеваний. Одна из…