Синтезування комплексних молекул – диявольськи трудомісткий процес. Для хіміків це, однак, щоденна рутина. Мартін Берк, хімік з Університету Іллінойса у м. Урбана, стверджує, що створив дизайн машини, яка, подібно до 3D-принтера, синтезуватиме більшість органічних молекул за одним натисканням кнопки.
«Навіть неспеціалісти зможуть з нею працювати», - стверджує вчений. У машині, чий дизанй Берк описав у статті, опублікованій 12 березня у часописі Science, комп’ютер контролюватиме систему насосів та шприців, що сполучають розчини зі сполуками, які можна буде сполучати, які будівні блоки, та з їх допомогою одержувати сукупність більших, складніших молекул.
Розробка цих будівничих блоків у Берка зайняла роки. Усі вони – органічні кислоти, які містять бор, названі MIDA-боронатами. Вони мають хімічні групи на обох кінцях й можуть з легкістю реагувати між собою. Комбінуючи необхідні MIDA-боронати у правильному порядку, стає можливо утворювати велику кількість органічних молекул різних форм та розмірів.
Для повної автоматизації простого використання насосів та шприців для сполучання коспонентів – процес, відомий як «текуча хімія» (flow chemistry) – не достатньо. Як правило, потрібне також очищення вручну: небажані побічні продукти реакції слід прибрати зі сполуки, а одержана сполука, що, як правило, є одним з проміжних етапів одержання кінцевого продукту, повинна вступити в нову реакцію, з якої, своєю чергою, далі слід прибрати небажані речовини і т. д. Революційнійсть відкриття Берка полягає в тому, що він знайшов спосіб, як автоматизувати очищення субпродуктів усіх хімічних реакцій.
Спочатку новостворені MIDA-боронати прикріпляються у машині до силікагелю, що полегшує вимивання зайвих хімікатів. Далі, додаючи інший розчинник тетрагідрофуран (THF), стає можливим вимивати MIDA-боронати для майбутніх реакцій. «Увесь процес від початку і до кінця проводиться автоматично», - каже вчений.
«Якби не трюк з вимиванням за допомогою THF, не відомо, чи вдалося би це автоматизувати», - стверджує Дерек Лове, промисловий хімік та блоггер з Бостона.
Хіміки, до речі, вже встигли автоматизувати процес створення пептидів – білків з коротким ланцюжком, будівничими блоками яких є амінокислоти. На допомогу прийшли смоли, які прикріпляються до зростаючого пептидного ланцюжка, а будівні блоки, які не взяли участь в реакції, просто вимиваються. Однак проблему синтезу пептидів вирішити набагато легше, адже їх ланцюжок – прямий і відносно короткий. Натомість метод Берка дає змогу утворювати складні органічні молекули з відгалуженнями та кільцями.
Навіть попри те, що існує 200 комерційно доступних MIDI-боронатів, вчені сумніваються, чи їх комбінацій вистачить для одержання будь-якої бажаної молекули. Д. Лове стверджує, що вони охоплюють значну множину молекул, однак, тим не менше, не в змозі покрити усі запити хіміків. «Цей пристрій не стане машиною по створенню будь-якої органічної сполуки. Тим не менше, він може стати прекрасним способом отримання визначеного набору сполук».
Найближчим часом не слід чекати, що чудо-машина Берка з’явиться у кожній лабораторії. Ключові технології автоматизації хімічного синтезу запатентовані, а ліцензія на їх створення належить ексклюзивно компанії Revolution Medicines у м. Редвуд (Каліфорнія), співзасновником якої був Берк. Генеральний директор Revolution Machines Марк Ґолдсміт, стверджує, що наступним кроком буде залужчення інвестицій у створення попередньої працюючої моделі, яка дасть змогу випробувати дизайн на практиці.
Complex molecules made to order in synthesis machine
Nature, 12/03/2015
Зреферував Євген Ланюк
14.03.2015