Рональд Бреслоу - Ronald Breslow

Рональд Бреслоу
Рональд Бреслоу HD2006 Отмер, портрет с золотой медалью.JPG
Родился
Рональд Чарльз Д. Бреслоу

(1931-03-14)14 марта 1931 г.
Рэуэй, Нью-Джерси, НАС.
Умер25 октября 2017 г.(2017-10-25) (86 лет)
Нью Йорк, Нью Йорк, НАС.
Альма-матерГарвардский университет
НаградыПремия ACS в области чистой химии (1966)
Премия НАН Украины в области химических наук (1989)
Национальная медаль науки (1991)
Медаль Пристли (1999)
Золотая медаль Осмера (2006)
Медаль Перкина[1] (2010)
Золотая медаль AIC (2014)
Научная карьера
ПоляХимия
УчрежденияКолумбийский университет
ДокторантРоберт Бернс Вудворд
Докторанты
Другие известные студентыЭнтони Чарник

Рональд Чарльз Д. Бреслоу (14 марта 1931 - 25 октября 2017) был американцем химик от Рэуэй, Нью-Джерси. Он был Профессор университета в Колумбийский университет, где он работал в отделении химии и был связан с отделами биологических наук и фармакологии; он также был на факультете химического машиностроения. Он преподавал в Колумбийском университете с 1956 года и был бывшим заведующим кафедрой химии университета.[2]

Жизнь и карьера

Бреслоу родился в Рэуэй, штат Нью-Джерси, в семье Глэдис (Товарищи) и Александра Э. Бреслоу.[3] Он был заинтересован в создании и синтезе новых молекул с интересными свойствами, а также в изучении этих свойств. Примеры включают циклопропенил катион, простейший ароматный система и первое ароматическое соединение, полученное с электроны в кольцо. Его основополагающий вклад включает определение правильного участка реакционной способности тиаминдифосфата в ферментах, которые способствуют декарбоксилированию пирувата - на основе его новаторского использования протонного ЯМР с маломолекулярными аналогами - и повышение скорости, обеспечиваемое связыванием с циклодекстринами, создало основные темы для изучения в современном мире. органическая и биологическая химия. Он также стал соавтором ингибитора гистондеацетилазы SAHA (Вориностат ), который одобрен FDA для лечения кожной Т-клеточной лимфомы.[4]

Бреслоу получил степени бакалавра, магистра и доктора философии. от Гарвардский университет, где его научным руководителем был Р. Б. Вудворд. Среди бывших докторов наук Бреслоу. студенты это Роберт Граббс, кто выиграл Нобелевская премия по химии в 2005 г. и Дуг Ла Фоллетт, Государственный секретарь Висконсина.

Бреслоу получил множество наград и наград, в том числе Национальная медаль науки в 1991 г.[5] то Премия Уэлча, то Премия Артура Коупа (1987), Премия НАН Украины в области химических наук, Американское химическое общество Премия ACS в области чистой химии (1966), Золотая медаль Осмера (2006),[6][7] то Медаль Пристли и Золотая медаль Американского института химиков (AIC) 2014 года.[8] В знак признания его навыков в классе Колумбия наградила его премией Марка Ван Дорена и премией Великого учителя. Он занимал пост президента ACS в 1996 году и возглавлял химический отдел Национальная Академия Наук с 1974 по 1977 год. В 1997 году он был назван одним из 75 крупнейших предприятий химического производства за последние 75 лет. Новости химии и машиностроения. Он был Майрон Л. Бендер заслуженный лектор в Северо-Западный университет в 1999 г. Премия Рональда Бреслоу за достижения в области биомиметической химии, ежегодно присуждаемая ACS, назван в его честь.

Он был членом Национальная Академия Наук, то Американская академия искусств и наук, Европейская академия наук и Американское философское общество. Он также является иностранным членом Королевское общество[9] и почетный член 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 Журнал Американского химического общества из-за проблем с авторским правом, что привело к дебатам по самоплагиат и различие между личным обзором и статьей.[10]

Синтез циклопропенильного катиона

Циклопропенильный катион, C
3ЧАС+
3

Сначала получают путем смешивания 3-хлорциклопропена с пентахлорид сурьмы, трихлорид алюминия, или фторборат серебра. Углерод-13 ЯМР показывает майки с JC – H константа связи 265 ± 1 Гц.[11] Авторы предполагают, что эта константа связи указывает на то, что связь C – H составляет 53%. персонаж. Общий каркас склеивания состоит из зр орбитали ко всем атомам водорода, два sp3 орбитали для каждого сигма-облигация, и один p орбитальный для каркаса π.

D-орбитальное спряжение

Было высказано предположение, что двойные связи карбанион-сульфон не будут проявлять ароматический характер, в первую очередь из-за узлов, присутствующих в d-орбиталях.[12] Аналоги с прямой цепью были выбраны на основе сопоставимой кислотности в сочетании с предыдущими исследованиями, показывающими, что стерические эффекты в значительной степени незначительны.[13] Аналоги с прямой цепью показаны ниже.

Аналоги с прямой цепью для исследований ароматичности

Соединение II обрабатывали диметоксиэтаном / D2O / триэтиламином, и было обнаружено, что оно полностью дейтерировано при извлечении. Затем дейтерированное соединение обрабатывали бутиллитием в эфире, диметоксиэтаном и 2 н. HCl, регенерируя 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 пик протона, и было показано, что он одинаково уравновешивает соединения II и III, что указывает на то, что соединения имеют сходную кислотность. Из этого результата исследователи пришли к выводу, что соединение III не является ароматическим, потому что стабилизирующее действие ароматичности на анион должно увеличивать кислотность исходного соединения.

Циклические соединения для исследования ароматичности

Были получены аналоги сложных эфиров (IV и V), которые оказались достаточно кислыми для титрования. Соединения титровали в атмосфере азота 0,2 н. NaOH с помощью измерителя Beckman Model GS с электродом E-2. Было обнаружено, что соединение IV имеет pKa 8,9 +/- 0,1, а соединение V имеет pKa 11,1 +/- 0,2.

Истоки гомохиральности на пребиотической Земле

Основные строительные блоки жизни (аминокислоты и ключевые сахара - рибоза и дезоксирибоза) могут существовать в одной из двух форм - L или D.[14] Однако жизнь эволюционировала так, что подавляющее большинство аминокислот - это L, а сахара - D. Если бы аминокислоты и сахара, присутствующие в жизни, были рацемическими (состоящими из L и D), то белки, ДНК и РНК не приняли бы четко выраженная конформация, приводящая к потере функции. Вопрос о том, как впервые возникло это предпочтение, в течение многих лет ставил ученых в тупик, хотя было предложено несколько теорий; пока нет однозначного ответа. Появляется все больше свидетельств того, что предпочтение хиральности пришло из космоса, поскольку ученые обнаружили внутри метеорита Мерчисон α-метиламинокислоты, которые имеют небольшой энантиомерный избыток (ее) для L-конформации. Считается, что эти α-метиламинокислоты пришли из космоса из-за высокого содержания в них 13C и дейтерия. Кроме того, α-метиламинокислоты обычно не присутствуют в химии Земли. Распространенная критика заключается в том, что эти аминокислоты не выдержат высоких температур при входе в атмосферу Земли, когда метеорит врезался в планету. Однако аминокислоты были обнаружены внутри метеорита, причем метеорит действует как изолятор. В отличие от обычных аминокислот, α-метиламинокислоты не способны рацемизироваться путем енолизации в эволюционной временной шкале, как показано ниже.

Рацемизация аминокислот в эволюционной шкале времени. Альфа-метиламинокислоты не рацемизируются

Однако ведутся серьезные споры о том, как была выбрана L-конформация α-метиламинокислот. Наиболее широко распространенная теория состоит в том, что свет с правильной круговой поляризацией в космическом пространстве (в некоторой степени) избирательно разрушает конформацию D.[15] Теоретически, синхротроны производят свет противоположной направленности (правой и левой) над и под плоскостью обращения. Это было продемонстрировано в экспериментах на Земле. Далее теория продолжается, что нейтронные звезды могут действовать как синхротроны - с правополяризованным светом, направленным в нашем направлении Вселенной, и левополяризованным светом в противоположном направлении. Однако другие астрономы утверждают, что поляризация происходит только в инфракрасной области, которая имеет достаточно энергии только для того, чтобы вызывать молекулярные колебания и растяжения, что далеко не способно разрушать молекулы.[16] Вторая проблема, с которой сталкиваются L α-метиламинокислоты, - это получение энантиомерно чистых обычных аминокислот из небольшого избытка.[17] Проблема проиллюстрирована на рисунке ниже.

Декарбоксилирующее переаминирование. Обратите внимание, что показанный конечный продукт может быть протонирован с любой стороны, образуя рацемическую смесь после гидролиза имина.

Обратите внимание, что вышеуказанный продукт может быть протонирован с любой стороны с равной вероятностью. Конечная кислота образуется при гидролизе имина.

Стоит отметить, что считается, что альфа-кетокислота образуется в результате реакции, подобной реакции Стрекера, как показано ниже.

Образование альфа-кетокислот. Представленный выше продукт, как полагают, окисляется до конечной альфа-кетокислоты окислением оксидом железа, поскольку кислород не присутствовал на пребиотической земле.

Из рисунка 5 мы видим, что L альфа-метиламинокислоты не действуют напрямую как хиральная направляющая группа для генерации нормальной L-аминокислоты. Исследователи надеялись, что вторая молекула альфа-метиламинокислоты может действовать как направляющая группа, однако они обнаружили, что D-энантиомер был слегка предпочтителен, когда присутствовали только L-альфа-метиламинокислоты. На рисунке ниже показано, как предпочтение отдается D-энантиомеру.

Конформация альфа-метиламинокислоты способствует протонированию на верхней стороне молекулы, что приводит к D-энантиомеру. При гидролизе продукта декарбоксилирования образуется D-аминокислота.

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 цинк использовался в той же реакции, L-энантиомер предпочтительно не образовывался. Основываясь на компьютерных расчетах, медь образует квадратный плоский комплекс (показан ниже), а стерические свойства способствуют протонированию с образованием L-аминокислоты.

Комплекс меди, приводящий к образованию L-аминокислот.

Когда присутствует небольшой энантиомерный избыток, растворимостью чистого и рацемического кристалла можно манипулировать для получения большого ее энантиомера. Если мы определим определенную растворимость как таковую: KL = [L] представляет растворимость чистого энантиомера KDL = [D] [L] представляет произведение растворимости рацемической смеси, так что [D] = KDL / [L] Мы можем затем определить соотношение [L] / [D] = [L] 2 / KDL Когда присутствуют оба энантиомера, образуется рацемическая кристаллическая структура, однако она имеет более низкую энергию, более высокую температуру плавления и менее растворима, чем энантиомерно чистый Кристальная структура. В результате, когда присутствует небольшой избыток одного энантиомера, ее можно увеличить за счет испарения растворителя, вызывая осаждение рацемата. Исследователи смогли начать с ее 1% L и в конечном итоге получить раствор L: D 95: 5. Результаты, обсужденные выше (в частности, аргумент синхротрона), привели Бреслоу к предположению, что D-аминокислоты и L-сахара может породить жизнь в других частях Вселенной.[18]

использованная литература

  1. ^ "Медаль Перкина SCI". Институт истории науки. 2016-05-31. Получено 24 марта 2018.
  2. ^ http://www.legacy.com/obituaries/nytimes/obituary.aspx?n=ronald-breslow&pid=187067788&fhid=2086
  3. ^ Крапп, Кристина М. (1 января 1998 г.). Известные ученые двадцатого века: приложение. ISBN  9780787627669.
  4. ^ Пол А Маркс; Рональд Бреслоу (2007). «Диметилсульфоксид в вориностат: разработка этого ингибитора гистондеацетилазы в качестве противоракового препарата». Природа Биотехнологии. 25 (1): 84–90. Дои:10.1038 / nbt1272. PMID  17211407. S2CID  12656582.
  5. ^ Национальный научный фонд - Национальная медаль президента за науку
  6. ^ "Золотая медаль Осмера". Институт истории науки. 2016-05-31. Получено 22 марта 2018.
  7. ^ Зурер, Памела (28 июня 2006 г.). «В День наследия, почести химикам». Новости химии и машиностроения. Получено 12 июн 2014.
  8. ^ "Золотая медаль Американского института химиков". Институт истории науки. 22 марта 2018.
  9. ^ Браун, Джон М. (2019). «Рональд Чарльз Дэвид Бреслоу. 14 марта 1931 года - 25 октября 2017 года». Биографические воспоминания членов Королевского общества. 66: 53–77. Дои:10.1098 / rsbm.2018.0039.
  10. ^ Дэниел Кресси (25 апреля 2012 г.). «Выдающийся химик отрицает самоплагиат в статье о« космических динозаврах »». Блог новостей природы.
  11. ^ Бреслоу, Рональд; Гровс, Джон Т. (1970). «Циклопропенильный катион: синтез и характеристика». Варенье. Chem. Soc. 92 (4): 984–987. Дои:10.1021 / ja00707a040.
  12. ^ Breslow, R .; Mohacsi, E .; «Исследования d-орбитального сопряжения. II. Отсутствие ароматичности в системах, содержащих двойную связь карбанион-сульфон »J. Am. Chem. Soc. 1962, 84, 684
  13. ^ Breslow, R .; Mohacsi, E .; «Исследования d-орбитального сопряжения. I. Отсутствие эффекта сквозной конъюгации в некоторых карбанионах сульфона »J. Am. Chem. Soc. 1961, 83, 4100
  14. ^ Breslow, R .; Chen, Z .; «О происхождении наземной гомохиральности нуклеозидов и аминокислот» PNAS 2009, 106, 9144-9146
  15. ^ Breslow, R .; Левин, М .; Cheng, Z .; «Имитация пребиотической гомохиральности на Земле» Ориг. Life Evol. Biosph. 2010, 40, 11-26
  16. ^ Buschermohle, M .; Whittet, D .; Chrysostomou, A .; Hough, J .; Адамсон, А .; Whitney, B .; Wolff, M .; «Расширенный поиск циркулярно поляризованного инфракрасного излучения из области Ориона OMC-1». Astrophys. J. 2005, 624, 821-826
  17. ^ Breslow, R .; Левин, М .; Cheng, Z .; «Имитация пребиотической гомохиральности на Земле» Ориг. Life Evol. Biosph. 2010, 40, 11-26
  18. ^ Бреслоу, Р. «Происхождение гомохиральности аминокислот и сахаров на пребиотической Земле» Tetrahedron Lett. 2011, 52, 4228-4232

внешние ссылки