Рональд Чарльз Дэвид Бреслоу (14 марта 1931 г. — 25 октября 2017 г.) — американский химик из Рауэя, штат Нью-Джерси . Он был профессором Колумбийского университета , где он работал на кафедре химии и был связан с кафедрами биологических наук и фармакологии; он также был преподавателем кафедры химической инженерии. Он преподавал в Колумбийском университете с 1956 года и был бывшим заведующим кафедрой химии университета. [ 2]
Бреслоу родился в Рауэе, штат Нью-Джерси, в семье Глэдис (Феллоуз) и Александра Э. Бреслоу. [3] Он интересовался разработкой и синтезом новых молекул с интересными свойствами, а также изучением этих свойств. Примерами служат циклопропениловый катион , простейшая ароматическая система и первое ароматическое соединение, полученное с электронами в кольце, отличными от шести. Его основополагающий вклад включает правильное место реактивности тиаминдифосфата в ферментах, которые способствуют декарбоксилированию пирувата, — на основе его пионерского использования протонного ЯМР с аналогами малых молекул, — и повышение скорости, обеспечиваемое связыванием с циклодекстринами, что создало основные темы для изучения в современной органической и биологической химии. Он также стал одним из первооткрывателей ингибитора гистондеацетилазы SAHA ( Вориностат ), который одобрен FDA для лечения кожной Т-клеточной лимфомы. [4]
Бреслоу получил степень бакалавра, магистра и доктора философии в Гарвардском университете , где его научным руководителем был Р. Б. Вудворд . Среди бывших аспирантов Бреслоу — Роберт Граббс , получивший Нобелевскую премию по химии в 2005 году, и Дуг Ла Фоллетт , государственный секретарь Висконсина. Роберт Лефковиц , получивший Нобелевскую премию по химии в 2012 году, учился у Бреслоу в качестве бакалавра. [5]
Бреслоу получил множество наград и почестей, включая Национальную медаль науки в 1991 году, [6] премию Уэлча , премию Артура К. Коупа (1987), премию NAS в области химических наук , премию ACS Американского химического общества в области чистой химии (1966), золотую медаль Отмера (2006), [7] [8] медаль Пристли (1999) и золотую медаль Американского института химиков (AIC) 2014 года. [9] В знак признания его навыков преподавания Колумбийский университет наградил его премией Марка Ван Дорена и премией «Великий учитель». Он занимал пост президента ACS в 1996 году и возглавлял химическое отделение Национальной академии наук с 1974 по 1977 год. В 1997 году он был назван одним из 75 лучших деятелей химического предприятия за последние 75 лет по версии Chemical & Engineering News . В 1999 году он был почетным лектором имени Майрона Л. Бендера в Северо-Западном университете. Премия Рональда Бреслоу за достижения в области биомиметической химии, ежегодно присуждаемая Американским химическим обществом , названа в его честь.
Он был членом Национальной академии наук , Американской академии искусств и наук , Европейской академии наук и Американского философского общества . Он также является иностранным членом Королевского общества [10] и почетным членом многих других научных организаций по всему миру.
В 2012 году его статья «Доказательства вероятного происхождения гомохиральности аминокислот, сахаров и нуклеозидов на пребиотической Земле» была отозвана из журнала Американского химического общества из-за проблем с авторскими правами, что привело к дебатам о самоплагиате и различии между личным обзором и статьей. [11]
Этот катион был впервые получен путем смешивания 3-хлорциклопропена с пентахлоридом сурьмы , трихлоридом алюминия или тетрафторборатом серебра . ЯМР углерода-13 показывает синглеты с константой связи J C–H 265 ± 1 Гц. [12] Авторы предполагают, что эта константа связи предполагает, что связь C–H на 53% имеет s-характер . Тогда общий каркас связей состоит из sp-орбиталей для всех водородов, двух sp 3 -орбиталей для каждой сигма-связи и одной p-орбитали для π-каркаса.
Было высказано предположение, что двойные связи карбаниона и сульфона не будут демонстрировать ароматический характер, в первую очередь из-за узлов, присутствующих в d-орбиталях. [13] Аналоги с прямой цепью были выбраны на основе сопоставимой кислотности в сочетании с предыдущими исследованиями, указывающими на то, что стерические эффекты в значительной степени незначительны. [14] Аналоги с прямой цепью показаны ниже.
Соединение II обрабатывали диметоксиэтаном / D 2 O / триэтиламином и обнаружили, что оно полностью дейтерировано при восстановлении. Затем дейтерированное соединение обрабатывали бутиллитием в эфире с диметоксиэтаном и 2N HCl, восстанавливая исходный материал. Циклический аналог (III, показанный ниже) дейтерировали таким же образом, и добавление дейтерированного I с последующим гашением для регенерации протонированной формы анализировали с помощью ЯМР. Был один протонный пик, и было показано, что он одинаково уравновешивается между соединениями II и III, что указывает на то, что соединения имеют схожую кислотность. Из этого результата исследователи сделали вывод, что соединение III не является ароматическим, поскольку стабилизирующий эффект ароматичности на анион должен повышать кислотность исходного соединения.
Были получены эфирные аналоги (IV и V), которые оказались достаточно кислыми для титрования. Соединения титровали в атмосфере азота с 0,2N NaOH с помощью измерителя Beckman Model GS с электродом E-2. Было обнаружено, что соединение IV имеет pKa 8,9 +/- 0,1, тогда как соединение V имеет pKa 11,1 +/- 0,2.
Основные строительные блоки жизни (аминокислоты и ключевые сахара — рибоза и дезоксирибоза) могут существовать в одной из двух форм — L или D. [15] Однако жизнь эволюционировала таким образом, что подавляющее большинство аминокислот — это L, а сахара — D. Если бы аминокислоты и сахара, присутствующие в жизни, были рацемическими (состоящими как из L, так и из D), то белки, ДНК и РНК не приняли бы четко определенную конформацию, что привело бы к потере функции. Вопрос о том, как впервые возникло это предпочтение, озадачивал ученых в течение многих лет, в то время как было предложено несколько теорий; до сих пор нет четкого ответа. Появляется все больше доказательств того, что хиральное предпочтение пришло из космоса, поскольку ученые обнаружили α-метиламинокислоты внутри метеорита Мерчисон, которые имеют небольшой энантиомерный избыток (ee) для L-конформации. Считается, что эти α-метиламинокислоты пришли из космоса из-за их большого содержания 13C и дейтерия. Кроме того, α-метиламинокислоты, как правило, не присутствуют в земной химии. Распространенная критика заключается в том, что эти аминокислоты не смогли бы выдержать высокие температуры при входе в атмосферу Земли, когда метеорит врезался в планету. Однако аминокислоты были обнаружены внутри метеорита, который действовал как изолятор. В отличие от обычных аминокислот, α-метиламинокислоты не способны к рацемизации путем енолизации в эволюционной временной шкале, показанной ниже.
Однако ведутся серьезные споры о том, как была выбрана L-конформация α-метиламинокислот. Наиболее широко принятая теория заключается в том, что правый круговой поляризованный свет в открытом космосе (в некоторой степени) избирательно разрушает D-конформацию. [16] Теоретически синхротроны производят свет противоположной направленности (правый и левый) выше и ниже плоскости циркуляции. Это было продемонстрировано в экспериментах на Земле. Затем теория продолжает, что нейтронные звезды могут действовать как синхротроны — с правым поляризованным светом, направленным в нашу сторону Вселенной, и левым поляризованным светом, направленным в противоположном направлении. Однако другие астрономы утверждают, что поляризация происходит только в инфракрасной области, которая имеет достаточно энергии только для того, чтобы вызвать молекулярные колебания и растяжения — далеко не способная разрушить молекулы. [17] Вторая проблема, с которой сталкиваются L-α-метиламинокислоты, заключается в том, как генерировать энантиомерно чистые обычные аминокислоты из небольшого избытка. [16] Проблема проиллюстрирована на рисунке ниже.
Обратите внимание, что указанный выше продукт может быть протонирован с любой стороны с равной вероятностью. Конечная кислота образуется путем гидролиза имина.
Стоит отметить, что считается, что альфа-кетокислота образуется в результате реакции, подобной реакции Штрекера, показанной ниже.
Из рисунка 5 мы видим, что L альфа-метиламинокислоты не действуют напрямую как хиральная направляющая группа для образования нормальной L аминокислоты. Исследователи надеялись, что вторая молекула альфа-метиламинокислоты может действовать как направляющая группа, однако они обнаружили, что D-энантиомер был слегка предпочтительнее, когда присутствовали только L альфа-метиламинокислоты. На рисунке ниже показано, как D-энантиомер является предпочтительным.
Когда исследователи добавили в реакцию медь, полученным продуктом стал L-энантиомер. Было обнаружено, что метеоры содержат как медь, так и цинк, что оправдывает использование исследователями этого металла. Однако, когда в той же реакции использовался цинк, L-энантиомер не образовывался преимущественно. Согласно вычислительным расчетам, медь образует квадратный плоский комплекс (показано ниже), а стерические условия облегчают протонирование для получения L-аминокислоты.
При наличии небольшого избытка энантиомера можно манипулировать растворимостью чистого и рацемического кристалла, чтобы получить большие ee чистого энантиомера. Если мы определим некоторые растворимости следующим образом: KL= [L] представляет растворимость чистого энантиомера KDL= [D][L] представляет произведение растворимости рацемической смеси, такое что [D]= KDL/[L] Затем мы можем определить отношение [L]/[D] = [L]2/KDL При наличии обоих энантиомеров образуется рацемическая кристаллическая структура, однако она имеет более низкую энергию, более высокую температуру плавления и менее растворима, чем энантиомерно чистая кристаллическая структура. В результате, при наличии небольшого избытка одного энантиомера ee может быть усилен путем испарения растворителя, что приведет к осаждению рацемата. Исследователи смогли начать с ee 1% L и в конечном итоге получить раствор L:D в соотношении 95:5. Результаты, обсуждавшиеся выше (в частности, аргумент синхротрона), привели Бреслоу к предположению, что аминокислоты D и сахара L могут генерировать жизнь в других частях Вселенной. [18]