Sciencemag.cz
Doporučujeme
Výroba léčiv a dalších významných látek se neobejde bez řady chemických reakcí. Pro provedení těchto reakcí se používají rozličná činidla – látky vyvolávající přeměnu jiné chemické látky. Čím jednodušší reakce a levnější a dostupnější činidla využíváte, tím lépe. Skupina vědců z VŠCHT Praha nyní ve spolupráci s kolegy z německého Regensburgu popsala způsob, jakým lze s využitím světla vytvářet velmi silná redukční činidla (látky poskytující elektrony) z některých látek příbuzných vitaminu B2, tzv. deazaflavinů. Taková činidla by mohla otevřít cestu pro hledání levnější a bezpečnější přípravy některých léčiv. Práci uveřejnil prestižní časopis Nature Communications.
„O možných silných redukčních účincích flavinů a deazaflavinů v excitovaném stavu, do kterého přecházejí po ozáření světlem, se vědělo již dávno. Koneckonců, na podobném principu fungují flaviny v některých enzymech, tedy v buňce. Nikomu se však před tím nepodařilo tyto účinky demonstrovat při běžných chemických přeměnách v umělém systému – v baňce“, říká profesor Cibulka z Ústavu organické chemie VŠCHT Praha.
Od prvních úvah k prvnímu úspěšnému pokusu uběhlo 15 let. Další tři roky trvalo experimentální prokazování navrženého mechanismu. Jako klíčové se oproti původním neúspěšným pokusům ukázalo využití zařízení, které prakticky vylučuje přítomnost kyslíku. Redukované formy flavinů a deazaflavinů jsou totiž velmi nestálé a rychle reagují i se stopami kyslíku. „Jejich využití pro redukce v umělém systému představovalo ve světě organické chemie velkou výzvu. A teď, při dodržení námi navrženého postupu, to dokáže i začínající student bakalářského studia,“ usmívá se profesor Cibulka.
Výzkum však touto publikací zdaleka nekončí. Nyní autory čeká ještě mnoho práce, aby svůj původní objev převedli v metodu použitelnou pro organickou syntézu, která je důležitou součástí farmaceutického nebo i kosmetického průmyslu. Zde by se deazaflaviny mohli používat pro celou řadu přeměn a učinit tak výrobní postupy jednodušší, levnější a bezpečnější. Deazaflaviny, v kombinaci se světlem, mají například potenciál nahradit některé nebezpečné reagenty, jako je sodík. Zpozornět by mohli i biochemici a biologové, neboť jim výsledky týmu profesora Cibulky a jeho německých kolegů mohou pomoci při poznávání mechanismu fungování flavinových fotoreceptorů.
Princip
Molekuly po přijetí světla přecházejí do excitovaného stavu. Mají tedy k dispozici více energie než v normálním stavu a snadněji reagují. Umožňují se tak reakce, které bez světla neprobíhají. Příkladem je fotosyntéza, při které je energie světla pohlcovaná fotoreceptory využívána k sérii reakcí, která končí tvorbou molekuly glukosy z oxidu uhličitého a vody. Podobně lze účinkem světla připravit z jednoduchých organických molekul extrémně silná redukční činidla srovnatelná svými schopnostmi s alkalickými kovy – sodíkem či lithiem, které patří k nejsilnějším redukčním činidlům vůbec. Takové systémy pro redukce jsou však zatím relativně vzácné, jak nedávno shrnul v časopise Nature profesor Cibulka.
Flaviny, jejichž nejznámějším zástupcem je riboflavin (vitamin B2), jsou známé především jako kofaktory, tedy nízkomolekulární látky, nezbytně nutné pro funkci enzymu. Mohou se také snadno excitovat světlem, čehož příroda využívá právě v některých enzymech nebo ve fotoreceptorech. Chemici již řadu let studují flaviny v excitované formě jako silná oxidační činidla. Jejich využití při redukcích však bylo spíše sporadické z toho důvodu, že redukované formy flavinů jsou velmi nestálé a rychle reagují i se stopami kyslíku. U deazaflavinů jsou nestabilní zejména příslušné radikály. Mezinárodnímu týmu z VŠCHT a německého Regensburgu se podařilo prokázat, že radikály deazaflavinů vytvořené účinkem světla a vhodného donoru elektronu mohou být dále světlem excitovány a v této formě redukují arylhalogenidy s velice nízkým redukčním potenciálem.
Deazaflavin reductive photocatalysis involves excited semiquinone radicals. A. Graml, T. Neveselý, R. J. Kutta*, R. Cibulka*, B. König*, Nature Communications 2020, DOI: 10.1038/s41467-020-16909-y.
