Обычно молекулы из класса спиропиранов под ультрафиолетом резко меняются в структуре, форме и даже токсичности. Ученые из НИИ физической и органической химии ЮФУ исследовали спиропиран, в который был добавлен дополнительный фрагмент (так называемый азометиновый), и проверили, как он отреагирует на свет. И тут случилось интересное.
В результате облучения молекулы специалисты пришли к выводу, что классический сценарий не сработал. Ожидаемого превращения в цветную форму не произошло. Вместо этого свет заставил «выгибаться» не основную часть молекулы, а именно тот самый дополнительный фрагмент. Причем исходный спиропиран сам по себе был вполне себе фотоактивным, но после добавления этого фрагмента он как бы передал ему всю свою способность реагировать на свет.
«Удивило, что исходный спиропиран был вполне себе фотохромным, а после введения азометинового фрагмента он «передал» ему всю свою фотоактивность. Это, кстати, и имеет наибольшую фундаментальную ценность среди всех результатов исследования», — отмечает старший научный сотрудник Лаборатории специального органического синтеза НИИ ФОХ ЮФУ, кандидат химических наук Артем Пугачев.
Для исследователей НИИ физической и органической химии ЮФУ это важное открытие: молекула поменяла «правила игры». Ростовская школа химиков-синтетиков, специализирующихся на фотохромных спиропиранах и родственным им соединениям, начала формироваться более полувека назад, в НИИ ФОХ РГУ в 1970-х годах. У истоков направления стояли выдающиеся ученые Владимир Минкин, Анатолий Метелица, Анатолий Чернышев и Геннадий Дорофеенко, а значительный вклад в его развитие внесли Борис Лукьянов, Леонид Ниворожкин, Николай Волошин, Николай Шелепин и другие исследователи.
За десятилетия ростовская школа стала одной из наиболее известных в области химии фотохромных соединений. Ее представители проводили пионерские исследования по синтезу и изучению спиропиранов на основе различных гетероциклических систем, публиковали результаты в ведущих международных научных журналах и регулярно представляли свои разработки на крупнейших профильных конференциях, включая Международный симпозиум по органическому фотохромизму (ISOP).
Одним из лидеров этого направления многие годы был доктор химических наук Борис Сергеевич Лукьянов, возглавлявший Лабораторию специального органического синтеза НИИ ФОХ ЮФУ до 2023 года. Под его руководством были подготовлены новые поколения исследователей, в том числе Илья Ожогин и Артем Пугачев. Сегодня лабораторию возглавляет ученик Бориса Сергеевича — кандидат химических наук Илья Ожогин, который продолжает развивать исследования в области фотоуправляемых молекулярных систем, фотофармакологии, биовизуализации и органической фотовольтаики.
«Основные направления работы лаборатории Специального органического синтеза НИИ ФОХ ЮФУ связаны с такими областями, как фотофармакология, биовизуализация и органическая фотовольтаика. В лаборатории на постоянной основе выполняются гранты РНФ, студенты и аспиранты лаборатории в разные годы являлись победителями программ УМНИК и Студенческий Стартап Фонда содействия инновациям, а также получателями Стипендии Президента РФ», –– рассказала и. о. декана Химического факультета Евгения Коршунова.
А для медицины здесь тоже есть варианты различного применения. Проблема хронических инфекций во многом связана с так называемыми биопленками. Это сообщества бактерий, которые покрывают себя защитной пленкой — и обычные антибиотики их часто не берут. Не менее остро стоит вопрос о лечении болезни Альцгеймера: лекарство нужно доставить точно в цель, чтобы не было побочных эффектов.
И вот тут может пригодиться эта необычная молекула. По словам ученого, она имеет потенциал стать основой для лекарств, активируемых светом. Представьте: вы дали препарат, он безопасен, а потом направили луч света на нужный участок — и лекарство включилось.
«Введение азометинового фрагмента в структуру спиропирана делает его потенциально перспективным кандидатом для создания лекарств, направленных на лечение болезни Альцгеймера, или эффективного антибиотика, способного разрушать биопленки при управлении светом», — объясняет Артем Пугачев.
Результаты исследования опубликованы в журнале StructuralChemistry. Пока это фундаментальная наука, но именно такие «неправильные» результаты чаще всего и ведут к настоящим технологиям будущего.