Новости

1 августа, 2023 14:38

Сибирские ученые доказали возможность твердофазного химического синтеза в растительном сырье

Исследователи из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН подтвердили, что гликоконъюгаты (углеводы, связанные ковалентно с другими молекулами) можно получать механохимически в растительном сырье. Чтобы проверить это, специалисты провели вычисления на основе модельной системы реакции между простыми веществами, фенолом и глюкозой. Статья об исследовании опубликована в научном журнале Computational and Theoretical Chemistry.
Кристаллы фенола. Источник: Bartłomiej Bulicz / Wikimedia commons

«Мы исследовали твердофазную реакцию кверцитина и глюкозы. Чтобы производить расчеты было легче, взяли фенол и глюкозу. Дальше начали изучать, возможна ли эта реакция в твердой фазе. Обычно вещества нужно растворить, чтобы они как-либо взаимодействовали между собой. Но минус такого метода в том, что, когда их растворяют, молекулы окисляются и теряют целевую биологическую активность. Поэтому нашей задачей было сделать так, чтобы они не погибали, не окислялись, не деградировали. Для этого мы и провели синтез в твердой фазе», — рассказывает научный сотрудник ИХТТМ СО РАН кандидат химических наук Ирина Сергеевна Третьякова.

Благодаря тому, что в расчетах были использованы более простые молекулы, ученым удалось сэкономить вычислительные ресурсы, сохранив основные аспекты механизма реакции, а также понять, какие условия нужны для целевой реакции. Они взяли два порошка (кверцитин и глюкозу), добавили оксид магния, условный катализатор, поместили всё это в ступку и перетерли, перемешали. В итоге получили 5 % необходимого продукта, гликоконъюгата.


Рассчитанные молекулярные орбитали для протонированной глюкозы и карбокатиона по С1-положению. Источник: Irina S. Tretyakova et al./ Computational and Theoretical Chemistry, 2023

«Мы постадийно изучили реакцию, химики-органики подсказали, как корректно описать механизм и что необходимая вода у нас всё равно будет, потому что она есть повсюду. Но в нашей реакции вода представлена в виде молекул, тогда как при синтезе в жидкости — это фаза, обладающая совокупными свойствами. В результате предварительных экспериментов мы получили чистый продукт, лучше, чем в жидкой фазе. И начали вычисления на суперкомпьютере», — делится Ирина Третьякова.

Ученым нужно было понять, какая часть реакции отнимает большего всего энергии. Оказалось, это момент, когда вода отходит от большой молекулы полученного вещества. Добавив водоотнимающий реагент, удалось увеличить выход продукта реакции.

«Зачастую реакция, протекающая в твердом теле, требует больших энергий активации. Если бы у нас были просто молекулы в вакууме, энергия получилась бы огромная и реакция бы не прошла. Но так как у нас есть среда, которая влияет на систему, повышает электрическую проницаемость и уменьшает энергию активации процесса, реакция стала возможной. Вообще, взаимодействие молекул в твердой фазе — непростой процесс. Нужно не только, чтобы они подошли друг к другу, но и чтобы на выходе получился продукт. Это сложно, и мы сделали подобное первыми», — рассказывает заведующий лабораторией механохимии кандидат химических наук Игорь Олегович Ломовский.

Ученые будут продолжать свое исследование. Теперь, когда ход реакции стал понятен, вместо фенола и глюкозы они будут использовать более сложные вещества. Результат реакции, гликоконъюгат, поможет увеличить растворимость и биодоступность биологически активных веществ, усвоить витамины в организме человека.

Расчетная часть работы выполнена под руководством участника кадрового резерва руководителей научных и образовательных организаций в составе руководящих кадров Министерства науки и высшего образования Российской Федерации кандидата химических наук Дениса Александровича Рычкова.

Работа выполнена в рамках гранта РНФ 21-13-00046 «Механохимическое получение и модификация природных полифенолов» с использованием ресурсов ЦКП «Сибирский суперкомпьютерный центр» Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН.

26 февраля, 2024
«Для авиастроения и космической промышленности»: российские ученые разработали новые высокотехнологичные сплавы
Российские ученые разработали линейку жаростойких и прочных сплавов, которые могут найти применени...
22 февраля, 2024
Ученые разработали новую технологию синтеза наночастиц берлинской лазури
Ученые лаборатории клеточной иммунологии и нанобиотехнологии ИЭГМ УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) ра...