Карнавал молекул. Химия необычная и забавная

Не следует думать, что химики, разрабатывающие, например, новые лекарственные препараты, заняты только тем, что получают различные соединения и испытывают их биологическую активность на бактериях и мышах. С не меньшей энергией они ищут в окружающем животном и растительном мире вещества, которые могли бы помочь при лечении различных заболеваний.

До сих пор используют различные смеси целебных трав или снадобий в качестве лекарства. Однако, если наблюдается целительный эффект, химики первым делом пытаются выяснить, какой именно компонент вызывает лечебное действие, затем стараются выделить его в виде индивидуального соединения. После этого наступает этап направленного синтеза соединения, и лишь затем начинается получение похожих соединений с несколько измененной структурой для того, чтобы понять, какая часть молекулы оказывает лечебное действие и можно ли его усилить, направленно меняя структуру вещества.

В истории органической химии много ярких достижений, особенно заметны те, которые позволили спасти какой-либо живой организм. Речь идет не только о новых лекарствах, бывают и иные события, тоже по-своему драматические.

Наиболее показательна история с таксолом – эффективным препаратом для лечения рака молочной железы. В 1963 г. группа ученых из американского Института исследования онкологических заболеваний изучила более 300 000 (!) образцов различных растений, в результате из коры редкой породы дерева – тихоокеанского тиса (рис. 5.40) – было выделено вещество, позже названное таксолом, с высокой антираковой активностью.

Оказалось, что тихоокеанский тис – очень редкое растение, одно из самых медленнорастущих на Земле. Чтобы выделить количество таксола, достаточное для лечения одного человека, нужно несколько столетних стволов этого дерева! Газеты тут же запестрели заголовками «Стоит ли дерево человеческой жизни?». Органическая химия в очередной раз блеснула мастерством, таксол удалось синтезировать и тем самым спасти редкий вид деревьев. Решение нашел в 1994 г. Роберт Холтон (рис. 5.41). Он разработал способ получения таксола из природного соединения А, которое в достаточном количестве содержится в легко возобновляемом источнике – хвое широко распространенного европейского тиса Taxus baccata (отсюда и название соединения «таксол»). Следует особо отметить, что эта работа была исключительно масштабной, поскольку Холтон вначале провел полный многостадийный синтез соединения А, оно оказалось удобной заготовкой для получения таксола. Сравнение структуры исходного соединения А и таксола показывает, что необходимо было заменить группу ОН на остаток уксусной кислоты и еще присоединить боковую цепь (рис. 5.42).

Получение таксола

В 1994 г. было начато производство этого лекарственного препарата (рис. 5.43). Затем удалось отказаться от хвои европейского тиса и производить таксол, не используя в качестве заготовки природное соединение. Полный синтез столь сложной молекулы удалось провести, используя на узловой стадии реакцию Хека.

«Зеленая аптека» постоянно предлагает настойчивым искателям новые лекарства: например, в мадагаскарском растении катарантусе и распространенном в Европе барвинке содержится эффективный противораковый препарат винкристин.

В последние годы исследователи все чаще проводят поиск в «морской аптеке», где необычные условия обитания и борьба за выживание сформировали некоторые виды растений и животных, обладающих мощными защитными механизмами.

В начале 80-х гг. ХХ в. на дне Карибского моря была обнаружена морская губка Discodermia dissoluta (рис. 5.45). Это примитивное создание не имеет ни глаз, ни желудка, ни скелета, однако оно сохранило способность к выживанию благодаря тому, что умеет синтезировать ядовитое вещество дискодермолид (названо по имени самой губки), защищающее от нападения других существ. Оказалось, что дискодермолид – антираковый препарат, близкий по действию к описанному таксолу. Добывать губки не имело смысла, поскольку этот вид весьма немногочисленный и он, скорее всего, был бы просто уничтожен. На помощь пришла органическая химия, которая позволила осуществить синтез дискодермолида (его структура показана на рис. 5.46), причем некоторые наиболее важные стадии была проведены с помощью реакции Нэгиси.

Пожалуй, самый эффектный результат использования кросс-сочетания (вариант реакции Судзуки) – это синтез палитоксина, ядовитого вещества, выделенного из кораллов Zoanthid, обитающих в районе Гавайских островов. Соединение, поражающее сложностью строения, представляет собой один из сильнейших ядов (рис. 5.47).

После того как оно было получено, стало возможным менять отдельные детали его структуры, чтобы выяснить, какая часть молекулы оказывает биологическое действие, а затем найти способ изменять активность вещества.