Vědci vyvinuli metodu záměny uhlíku za dusík v aromatických molekulách pro vývoj léčiv

Tým vědců z University of Chicago, ETH Zurich a University of Münster vyvinul novou metodu, která umožňuje nahradit jednotlivé uhlíkové atomy v aromatických sloučeninách atomy dusíku. Výzkum, publikovaný 12. října 2026 autorem Masonem Wakleyem, přináší nástroj, který by mohl výrazně usnadnit vývoj léčiv a přírodních produktů založených na dusíkatých cyklech.

Dusíkaté heterocykly patří mezi nejrozšířenější stavební prvky farmaceuticky aktivních látek. Dosavadní postupy jejich syntézy však vyžadovaly stavbu celé molekuly od základu, pokud chemici chtěli změnit umístění nebo počet dusíkových atomů ve struktuře. Nová metoda tento problém obchází tím, že umožňuje přímou záměnu konkrétního uhlíkového atomu za dusík přímo v hotové molekule, aniž by bylo nutné syntetizovat látku znovu.

Klíčem k postupu je použití tzv. tripletových nitrenů v kombinaci s molekulárním kyslíkem. Tyto reaktivní radikálové meziprodukty dokážou atakovat aromatický kruh a nahradit vybraný uhlík dusíkem. Podle chemika Marka Levina je právě využití molekulárního kyslíku tím, co dělá metodu výrazně mírnější oproti dřívějším přístupům - jak sám uvedl: Nejvíce 'náročným' reaktantem je molekulární kyslík, což činí metodu mnohem mírnější.

Tato šetrnost reakčních podmínek je zásadní, protože umožňuje provádět úpravy i na složitějších a citlivějších molekulách, aniž by došlo k jejich rozkladu nebo nežádoucím vedlejším reakcím. Výzkumníci metodu otestovali na řadě přírodních produktů, včetně sloučenin obsahujících indolové, indazolové a naftalenové jádro - tedy struktury běžně se vyskytující jak v přírodě, tak v léčivech.

Jedním z konkrétních příkladů, který tým prezentoval, je úprava alkaloidu vinpocetinu, látky používané mimo jiné pro její údajné účinky na mozkový oběh. Díky záměně uhlíku za dusík v jeho struktuře se podařilo zlepšit rozpustnost látky a také její clearance, tedy rychlost, s jakou je organismus schopen látku odbourat a vyloučit. Tyto vlastnosti jsou pro vývoj léčiv klíčové, protože ovlivňují, jak efektivně se látka v těle vstřebává a jak dlouho v něm zůstává aktivní.

Výzkumníci zdůrazňují, že hlavní výhodou metody je možnost provádět atom-specifické změny přímo v existující molekulární kostře, což otevírá chemikům nový způsob, jak doladit vlastnosti již známých sloučenin, aniž by museli vyvíjet zcela novou syntetickou cestu. To může výrazně zrychlit a zlevnit proces optimalizace léčivých látek ve farmaceutickém výzkumu.

Výsledky práce byly popsány ve dvou odborných publikacích. První, autorů D-I Parka a kolegů, vyšla v časopise Science s označením DOI 10.1126/science.aef3511. Druhá studie, jejímiž autory jsou M. Puriņš, J. Hwang a M. Levin, byla zveřejněna v Journal of the American Chemical Society, ve svazku 148 na straně 31668, s DOI 10.1021/jacs.6c10015.

Metoda záměny uhlíku za dusík v aromatických systémech patří do širší oblasti takzvané skeletal editing chemie, tedy úprav molekulární kostry, která v posledních letech zažívá rychlý rozvoj. Cílem tohoto přístupu je umožnit chemikům pracovat s hotovými, komplexními molekulami podobně, jako by upravovali stavebnici - vyměnit jeden díl za jiný, aniž by museli stavbu rozebrat a postavit znovu od začátku.

Pro farmaceutický průmysl má tento typ nástrojů velký význam, protože malé strukturní změny mohou výrazně ovlivnit účinnost, toxicitu nebo farmakokinetické vlastnosti látky. Schopnost provádět takové úpravy rychle a cíleně by mohla zkrátit dobu potřebnou k vývoji nových léčiv i snížit náklady spojené s hledáním vhodných kandidátů na klinické testování.

Výzkumné týmy nyní plánují dále zkoumat možnosti rozšíření metody na další typy molekul a reakčních podmínek, aby bylo možné ověřit její univerzálnost a praktickou využitelnost v širším měřítku chemické a farmaceutické praxe.