Как химия щелчка может изменить мир?

В среду Нобелевская премия по химии была присуждена трем ученым за их работу по химии щелчка, способу соединения молекул вместе, подобно Lego, который, по мнению экспертов, скоро «изменит мир».

Но как именно это работает?

Представьте себе двух людей, идущих через почти пустую комнату навстречу друг другу, а затем пожимающих друг другу руки.

«Вот как происходит классическая химическая реакция», — сказал Бенджамин Шуман, химик из Имперского колледжа Лондона.

Но что, если в комнате было много мебели и других людей?

«Они могут не встретиться друг с другом», — сказал Шуман.

Теперь представьте, что эти люди были молекулами, крошечными группами атомов, составляющими основу химии.

«Кликовая химия позволяет двум молекулам, находящимся в среде, где есть много других вещей», встречаться и соединяться друг с другом, — сказал он агентству AFP.

То, как химия щелчков соединяет молекулярные строительные блоки , также часто сравнивают с Lego.

Но Кэролин Бертоцци, которая разделила Нобелевскую премию по химии в этом году с Барри Шарплессом и Мортеном Мелдалом, сказала, что для этого потребуется очень особенный Lego.

По ее словам, даже если бы два Lego были «окружены миллионами других очень похожих пластиковых игрушек», они бы только соединились друг с другом.

«Изменено игровое поле»

Примерно в 2000 году Шарплесс и Мелдал по отдельности открыли специфическую химическую реакцию с использованием ионов меди в качестве катализатора, которая «изменила игровое поле» и стала «сливками урожая», сказала Сильвия Диес-Гонсалес, химик Имперского колледжа Лондона.

Медь имеет много преимуществ, в том числе то, что реакции могут включать воду и проводиться при комнатной температуре , а не при высокой температуре , что может усложнить ситуацию.

Этот конкретный способ соединения молекул был гораздо более гибким, эффективным и целенаправленным, чем когда-либо прежде.

С момента его открытия химики изучают все виды молекулярной архитектуры, которые они могут построить с помощью своих новых специальных блоков Lego.

«Применения практически безграничны», — сказал Том Браун, британский химик из Оксфордского университета, работавший над химией ДНК.

Но была одна проблема с использованием меди в качестве катализатора. Он может быть токсичным для клеток живых организмов, таких как люди.

Таким образом, Бертоцци основывался на работах Шарплесса и Мелдала, разработав безмедный «способ использования клик-химии с биологическими системами, не убивая их», сказал Диес-Гонсалес.

Раньше молекулы соединялись в прямую плоскую линию, как ремень безопасности, но Бертоцци обнаружил, что, заставляя их «немного сгибаться», реакция становится более стабильной, сказал Диес-Гонсалес.

Бертоцци назвала область, которую она создала, биоортогональной химией — ортогональная означает пересечение под прямым углом.

‘Верхушка айсберга’

Диес-Гонсалес сказала, что она была «немного удивлена» тем, что эта область была удостоена Нобелевской премии так скоро, потому что «пока не так много коммерческих приложений ».

Но будущее выглядит светлым.

«Мы находимся как бы на вершине айсберга», — сказала президент Американского химического общества Анджела Уилсон, добавив, что эта «химия изменит мир».

Бертоцци сказал, что существует так много потенциальных применений химии кликов, что «я даже не могу их перечислить».

Одно из применений — разработка новых таргетных лекарств, некоторые из которых могут включать «проведение химии внутри пациентов, чтобы убедиться, что лекарства попадают в нужное место», — сказала она на Нобелевской конференции.

Она добавила, что ее лаборатория начала исследования потенциальных методов лечения тяжелой формы COVID.

Другая надежда заключается в том, что это может привести к более целенаправленному способу диагностики и лечения рака, а также сделать химиотерапию менее серьезной и иметь меньше побочных эффектов .

Они даже создали способ сделать бактерии, вызывающие болезнь легионеров, флуоресцентными, чтобы их было легче обнаружить в источниках воды.

По словам Мелдаля, химия кликов уже использовалась «для создания очень и очень прочных полимеров», которые защищают от тепла, а также в виде клея в нанохимии .

Уилсон сказал, что другие будущие приложения включают персонализированные лекарства, антибактериальные и противовирусные препараты, осветляющие вещества и многое другое.

«Я думаю, что это произведет полную революцию во всем, от медицины до материалов», — сказала она.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.