Создание катализаторов на принципах функционирования ферментов. Комбинаторная химия в конструировании моделей ферментов.

Наработка библиотек структур эфиров замещенных фенолов и алифатических кислот и библиотека альдегидов и С-H кислот для неспецифического катализа, а также расширенных библиотек для специфического катализа: 1) сложных эфиров, амидов и нитрилов, 2) альдегидов, их эквивалентов (ацеталей, виниловых эфиров и т.д), аминокислот, С-H кислот.

Разработка схемы синтеза, оптимизация условий реакций, получение, характеризация и наработка ненасыщенных производных гистамина, а также синтез, наработка и разделение диастереоизомеров хиральных комплексов Со(III) оснований Шиффа аминокислот и салицилового альдегида, содержащих акриламидные фрагменты.

Создание пакета программ для расчета деталей взаимодействия

Цель работы: создание ферменто-подобных сополимеров для целей органического синтеза с использованием подходов комбинаторной химии. Объектами исследования являлись: эмульсии углеводородов в воде в присутствии полимерных катализаторов, содержащих звенья имидазола и п-нитрофениловых эфиров карбоновых кислотв качестве субстратов; сополимеры N-изопропилакриламида и хиральных комплексов кобальта и меди; сополимеры N-винилкапролактама, N-винилимидазола и дипептида гистидил-серина. Исследование эмульсий проводилось методом динамического светорассеяния и спектрофотометрии. Синтез полимеров проводился радикальной полимеризацией.Результаты работы по этапу: при исследовании поверхностно-активных свойств катализаторов показано, что в присутствии сополимера содержащего каталитически активные звенья N-винилимидазола возможен каталитический эффект за счет концентрирования реагентов и катализатора в поверхностных слоях глобул или капель эмульсий. Синтезированы библиотеки комплексов кобальта и меди. При сополимеризации соединений из этих библиотек с N-винилимидазолом получены полимерные катализаторы, активные в реакциях циангидринного синтеза. При сополимеризации N-винилкапролактама, N-винилимидазола и дипептида гистидил-серина получены катализаторы, специфичные к субстрату трипсина и таким образом, моделирующие действие этого фермента.

С использованием ранее синтезированных библиотек комплексов кобальта разработаны методы синтеза ферменто-подобных сополимеров этих комплексов с акриламидом. Показано, что они катализируют реакцию циангидрирования, моделируя действие гидроксинитриллиаз. С использованием подхода, позволяющего комбинаторно формировать глобулярной конформацию, синтезированы ферменто-подобные сополимеры, моделирующие гидролазы с имидазольными и гидрофобными группировками в структуре активного центра. Проведено изучение их каталитических свойств. Показана их высокая активность в реакции гидролиза п-нитрофенилпропионата по сравнению с полимерными катализаторами обычного типа. Проведены компьютерные расчеты скорости каталитических реакций в присутствии капель эмульсий, показано, что в случае катализатора, сильно адсорбирующегося на поверхности, для системы характерен ферменто-подобный катализ. Построены теоретические модели исследуемых систем в рамках теории самосогласованного поля. Экспериментально показано, что концентрирование каталитически активного сополимер N-винилимидазола и N-винилкапролактама (при сильной адсорбции) приводит к почти четырехкратному увеличение скорости гидролиза п-нитрофенилбутирата по сравнению с безэмульсионным гомогенным раствором.

Проведен анализ данных, полученных на предыдущих этапах работы. Проведен анализ библиотек субстратов для реакций гидролиза в эмульсиях, определены оптимальные субстраты, для которых характерен ферменто-подобный катализ. Найдены методы изготовления эмульсий с оптимальными для катализа размерами частиц. Обобщены теоретические результаты исследования ускорения реакций в эмульсиях и на поверхности глобул. Проведено сравнение параметров реакций, протекающих в диффузионном и химически контролируемых режимах. Проведено сравнение активности низкомолекулярных и высокомолекулярных катализаторов.
  Оценено влияние строения комплексов кобальта на активность полимеров, моделирующих гидроксинитриллиазы в реакции циангидринного синтеза, найдены оптимальные лиганды. Проведен анализ результатов по исследованию корреляций структура – каталитическая активность. Рассмотрено влияние структуры сополимеров, моделирующих гидролазы, на каталитическую активность в реакции гидролиза сложных эфиров, определены условия при которых происходит наибольшее ускорение реакции. Проведено сравнение полученных результатов с мировым уровнем.