Статья опубликована в журнале «Вестник технологического университета».
В современной фармацевтике и промышленности особенно востребованы органические соединения с заданными свойствами, например, с высокой биологической активностью для борьбы с бактериями или с оптическими характеристиками для поглощения света. Чем больше подобных веществ есть у ученых, тем быстрее они смогут создавать новые противоопухолевые и противомикробные препараты или современные материалы для электроники, оптики и легкой промышленности.
Одними из наиболее перспективных соединений такого типа являются халконы. Их синтезируют из доступных органических компонентов, например, из растительного сырья или нефтехимии. Они нетоксичны для живых организмов, способны подавлять воспаления, а для их синтеза не нужно сложное оборудование, что делает их удобными для исследований.
Однако их практическое использование сегодня осложняется тем, что халконы при нагревании разрушаются и утрачивают полезные свойства. Это ограничивает их применение, например, в составе лекарственных препаратов, которые требуют длительного хранения или проходят стадию термической обработки. Для применения в медицине или промышленности их нужно дополнительно модифицировать.
Чтобы улучшить свойства халконов, ученые соединяют их молекулы друг с другом. В таком случае полезные свойства суммируются и новое соединение приобретает более сильную активность. Для такой сшивки сейчас используется азогруппа — химический элемент, который прочно связывает две молекулы. Это единственный известный способ, который не требует агрессивных реагентов или дорогого оборудования, но при этом позволяет усилить свойства исходных веществ.
Проблема в том, что до сих пор не существовало отработанной и надежной технологии для создания этих гибридных структур. Когда химики берут два разных халкона и пытаются соединить их через азогруппу, они не знают заранее, получится ли нужное вещество: в одном случае реакция проходит, в другом — нет. А значит, несмотря на доступность и безопасность халконов, их нельзя полноценно использовать ни в медицине, ни в промышленности.
Ученые Пермского Политеха разработали технологию, которая позволяет стабильно получать азосоединения из халконов. Она впервые в мире обеспечивает выход целевого продукта на уровне 75%. Теперь такие соединения можно масштабировать для серийного производства новых лекарственных препаратов и компонентов электроники.
Новая технология включает несколько стадий. Сначала из доступных органических веществ синтезируются два халкона. При этом в один из них заранее вводится аминогруппа — специальный химический фрагмент, который будет служить точкой крепления для второго. Затем оба халкона переводят в раствор и смешивают, в результате чего между молекулами возникает прочная связь и они превращаются в единую структуру. После того как азосоединение получено, его очищают при помощи специального органического растворителя и воды. В результате нужное вещество выпадает в твердом виде, а примеси остаются в жидкости.
Экспериментальным путем исследователи определили все ключевые условия, которые делают процесс воспроизводимым: точное время каждого этапа, температуру, кислотность среды, порядок смешивания и способ очистки.
— рассказал Михаил Куликов, заведующий кафедрой «Химические технологии и экология» Березниковского филиала ПНИПУ, доцент, кандидат химических наук.Полученное по новой технологии соединение проверили несколькими способами. Сначала с помощью инфракрасных лучей оценили, действительно ли фрагменты соединились и есть ли в молекуле азогруппа. Также применили термический анализ: вещество нагревали, фиксируя все изменения, чтобы определить, насколько молекулы стабильны и при каких температурах начнут разрушаться,
Оказалось, что азосоединение выдерживает нагрев до без разрушения до 187–189 °C, а значит, его можно использовать в различных технологических процессах — например, при производстве лекарств, где очистка или смешивание компонентов почти всегда происходит при высоких температурах. Также вещество активно поглощает свет как в ультрафиолетовой, так и в видимой области. Таким образом, оно может быть использовано и для создания оптических материалов — для светофильтров, индикаторов, сенсоров и элементов гибкой электроники.
— отметил Михаил Куликов.Самый главный результат — выход готового продукта, который достигает 75 %. Это означает, что процесс впервые стал предсказуемым и дает гарантированный результат. При этом предложенная технология дешевле альтернативных подходов: она не требует дорогих катализаторов, агрессивных реагентов или сложного оборудования. А кроме того, она универсальна: меняя исходные компоненты, можно будет получать разные варианты гибридных молекул с заданными свойствами под те или иные задачи,
Разработанная технология впервые открывает путь к полноценному использованию халконов — от создания новых лекарственных препаратов до разработки оптических материалов и элементов гибкой электроники.
Опубликованный материал предоставлен Пермским Политехом.