Химия органическая фото: 136 834 рез. по запросу «Органическая химия» — изображения, стоковые фотографии и векторная графика | Shutterstock - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Химик-органик Дмитрий Обыденнов — о борьбе с вирусами, возобновляемом топливе и лечении рака

В Екатеринбурге живут и работают настоящие ученые. Пока мы заняты обыденными делами и листаем ленты соцсетей, они делают мировые открытия, но зачастую незаслуженно остаются в тени. Вместе с компанией «Брусника» It’s My City решил вывести ученых в свет в рубрике «Наука в городе».

Наш новый герой — доцент кафедры органической химии и высокомолекулярных соединений УрФУ Дмитрий Обыденнов. Благодаря его исследованиям появляются новые лекарства и делаются шаги в сторону использования перерабатываемых ресурсов и сокращения вредных выбросов. Рассказываем, из чего состоит его работа, с какими проблемами сталкиваются ученые в России и будут ли найдены лекарства от рака и других опасных заболеваний.

Дмитрий Обыденнов. Фото: Игорь Брук / It’s My City

Путь в науку

— В моей школе химию вел очень талантливый учитель: он проводил дополнительные занятия, показывал зрелищные эксперименты и вообще увлеченно обо всем рассказывал. Поэтому в 11 классе, будучи медалистом и призером нескольких олимпиад по химии, я мог поступать в университет без экзаменов. Выбирал между химико-технологическим факультетом УПИ и химическим факультетом УрГУ. Первый позиционировал себя как вуз, связанный с промышленностью, а второй обещал классическое химическое образование. В итоге случайным образом выбор пал на УрГУ.

Органическая химия завораживала меня разнообразием: к ней можно подходить и с точки зрения физики, изучая люминесценцию, и с точки зрения биологии, работая над биохимическими превращениями. Эта область очень быстро развивается: когда я учился в школе, было зарегистрировано 15 миллионов органических соединений, в университете нам говорили, что их уже 25 миллионов, а недавно цифра выросла почти до 150. Это не просто спортивный интерес ученых, а именно развитие медицины, промышленности и органической электроники, например, современных солнечных батарей или органических светодиодов, которые находятся в телефонах.

Фото: Игорь Брук / It’s My City

Работа в Германии и России

— В 2012 году я защитил кандидатскую диссертацию и по гранту немецкого химического общества поехал на стажировку в Германию. Работа там открыла мне глаза на многие вещи. Я познакомился с европейскими подходами, прочувствовал значимость публикаций в научных журналах, испробовал себя в роли оператора очень дорогого ЯМР-спектрометра (прибора для определения порядка, в котором атомы соединяются в молекулы ― прим. ред.) и удивился, как быстро в Германии доставляют реагенты для работы.

В России с поставками импортных реактивов всегда были сложности. В последнее время чаще всего их предоставляет компания Sigma-Aldrich, которая может везти реагенты в течение четырех месяцев. И это еще быстро, несколько лет назад какие-то реактивы шли годами, и легче было их синтезировать самому, чем ждать. В Германии необходимые материалы можно было получать практически на следующий день, поэтому переход от идеи к реализации там требует гораздо меньшего промежутка времени.

Я подстроился под нашу систему и уже не боюсь бюрократии: заказываю реактивы наперед, заранее продумывая работу на месяцы. Это сильно дисциплинирует, так как в среднем на каждую публикацию уходит от одного года до двух лет, а в некоторых случаях даже десятилетие.

Фото: Игорь Брук / It’s My City

Зеленая химия и «Виагра»

— Сегодня в нашей лаборатории мы занимаемся несколькими направлениями. Одно связано с изучением физических свойств соединений (мы, например, выращиваем кристаллы, напоминающие драгоценные камни). Другое — с биоактивностью веществ, что может представлять интерес в фармакологии. Третье — с так называемой «зеленой» химией. Последнее направление появилось в 1990-х и связано с заботой нынешнего поколения о будущих: снижением выбросов вредных веществ, поиском альтернативных видов и источников топлива (то есть переработке возобновляемых ресурсов) и повышением эффективности химических процессов.

К слову, производство «Виагры» — одного из самых коммерчески успешных химических продуктов в мире — было оптимизировано с помощью методов «зеленой» химии американской фармацевтическая компанией Pfizer (известной в том числе разработкой вакцины от коронавируса — прим. ред.). Раньше для синтеза этого соединения использовали тонны растворителя. Сегодня этот объем сократился до нескольких килограммов, что позволяет при меньших затратах получить то же количество препарата. Это и выгоднее, и экологичнее.

В нашей лаборатории мы тоже постоянно пытаемся регенерировать используемые растворители и вести поиск удобных условий проведения реакций, правда не в промышленных масштабах.

«Наши исследования напоминают игру в конструктор»

— Сейчас в лаборатории мы занимаемся органическим синтезом, что, образно говоря, напоминает игру в конструктор. Только обычно из кубиков собирают дома или машины, а в органической химии из молекул ― новые молекулы более сложного строения. Для нас важно не просто складывать «молекулярные кирпичики» друг на друга, а также придумывать новые «детали» и соединять их друг с другом ранее неизвестными способами. От того, в каком порядке молекула «собрана» (то есть от ее структуры), зависят не только физические свойства (температура плавления, цвет), но и биологические (запах и влияние на организм).

В лаборатории мы в основном работаем с гетероциклическими соединениями — веществами, с которыми многие встречаются практически ежедневно. Например, запах свежеиспеченного хлеба или сладкой ваты такой узнаваемый как раз из-за одного такого соединения ― мальтола. Он еще используется как пищевая добавка Е636 для придания фруктового запаха. Откуда мальтол берется? Глюкоза, которая, например, содержится в хлебе, при выпекании теряет воду и превращается в более стабильное вещество ― мальтол.

Чтобы на базе гетероциклических соединений выйти на новые лекарственные молекулы, надо провести испытания для тысяч соединений. А подобные молекулы используются, например, для создания ингибиторов ВИЧ-интегразы. Это такие вещества, которые препятствуют размножению вируса иммунодефицита в человеческих клетках. Дело в том, что у вируса есть ферменты ― катализаторы биохимических процессов — особые белки, благодаря которым вирус воздействует на организм. Ингибиторы прочно связываются с этими белками и отключают каталитическую реакцию, тем самым подавляя размножение вируса.

Фото: Игорь Брук / It’s My City

«Мы не конкурируем с фармацевтическими компаниями»

— Путь от нового соединения до лекарственной формы очень сложный, долгий и дорогой, стоит несколько миллиардов долларов. Я не представляю, как этот путь можно пройти в условиях университета. Так что в работе мы не конкурируем с европейскими, китайскими, американскими или японскими фармкомпаниями. Для нас важна научная новизна и фундаментальный интерес. Наши методы выходят за стены лаборатории в виде научных публикаций. Некоторые соединения, которые доступны ученым благодаря нашим работам, включены в каталоги и активно используются фармкомпаниями для открытия новых лекарственных соединений.

Для поиска оптимальной структуры лекарственного вещества специалисты добавляют разные фрагменты, проводят эксперименты, смотрят, как живые организмы реагируют на препараты. Это большая работа. Тысячи разных соединений нужно проверить сначала на культурах клеток, потом на животных — мышах, обезьянах — и только после этого, если все хорошо, на человеке.

Да, иногда мы с самого начала видим, что полученное соединение проявляет активность и, возможно, имеет медицинские перспективы. Но какие именно — предсказать сложно. Биологи в институте естественных наук УрФУ исследуют цитотоксические свойства синтезированных нами соединений, проверяют, обладают ли вещества противораковой активностью. Иногда они обладают, но бывает, что с большим удовольствием убивают не только раковые, но и здоровые клетки.

Фото: Игорь Брук / It’s My City

«Верю, что научимся справляться со всеми заболеваниями»

— Учитывая высокие темпы развития органической и медицинской химии, я думаю, что рано или поздно мы получим очень эффективные лекарства не только для борьбы с вирусами, но и с раком и другими социально значимыми болезнями.

Раньше, чтобы осуществить антиретровирусную терапию, больному нужно было выпить очень много лекарств, от которых страдали и почки, и печень. Сейчас достаточно одной таблетки в месяц. Это не только серьезный уровень медицины, но и высочайший уровень органической химии. Так что я верю, что мы научимся справляться со всеми известными заболеваниями.

Правда, есть вероятность, что к тому времени возникнут новые угрозы. Но глядя на студентов, которых мы учим, на людей увлеченных, разбирающихся и заинтересованных в том, что происходит в мире, я думаю, что и с новыми вызовами органическая химия тоже справится.

Тихая битва с пневмококком. Современная химия — дизайн и исследование сложных органических систем

Если в прошлом веке химия занималась изучением относительно простых соединений, то сейчас химики исследуют сложные молекулярные органические и гибридные системы (включающие в себя неорганические и органические компоненты, в том числе наночастицы). Такие сложные молекулярные системы находят применение в фармацевтике, катализе, нанотехнологиях, нефтехимической промышленности, медицине, энергетике и многих других областях.

Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского (ИОХ) Российской академии наук еще в 2014 году выиграл пятилетний грант Российского научного фонда, чтобы заниматься дизайном и исследованием сложных гибридных систем. Разработки ученых не только простые в использовании и сравнительно недорогие, но еще и экологически чистые. Например, сотрудники института уже создали методы построения сложных молекулярных азот-кислородных систем — доноров оксида азота и полупродуктов для получения нейромедиаторов (в том числе гормонов), а также регуляторов активности ферментов. Такие системы можно использовать для создания лекарств для лечения заболеваний сердечно-сосудистой, иммунной и нервной систем, болезней легких. Эти лекарства, по мнению исследователей, будут превосходить по активности и широте терапевтического эффекта известные лекарства и не проявят в отличие от них вредных побочных эффектов.

Кроме того, работники института Зелинского разработали катализаторы (ускорители химических реакций) для решения одной из ключевых задач современного органического синтеза — создания методов получения целевых органических продуктов с атомарной точностью из дешевого и легкодоступного природного сырья.

В ходе проекта ученые исследовали системы для разработки синтетических вакцин, в том числе для защиты от пневмококка — одного из наиболее распространенных и опасных патогенов, вызывающих пневмонию, отит и менингит. В результате сотрудники ИОХ синтезировали конъюгаты белка-носителя с олигосахаридными лигандами (углеводные производные, построенные из нескольких моносахаридных остатков), иммунизация которыми лабораторных мышей обеспечила полную защиту от заражения соответствующими серотипами пневмококка. Исследования в пробирке (in vivo) проводились во ВНИИ вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова.