Сесслер Дж.Л., Гейл Ф.А., Вон-Сеоб Хо. Химия анионных рецепторов.
Пер. с англ.

Оглавление

Предисловие редактора перевода

Со времени публикации на русском языке лекций Педерсена, Крама и Лена – лауреатов Нобелевской премии 1987 г. по химии "За разработку и применение молекул со структурно специфическими взаимодействиями с высокой селективностью", положивших начало развитию супрамолекулярной химии, прошло уже более 30 лет. За это время на русском языке были изданы две важнейшие монографии: "Супрамолекулярная химия – масштабы и перспективы. Молекулы – супермолекулы – молекулярные устройства", в которой Лен изложил концептуальные проблемы супрамолекулярной химии, и "Супрамолекулярная химия" Стида и Этвуда – известных специалистов в области супрамолекулярной химии, которая по замыслу авторов является учебником и практическим руководством для большой армии практикующих и начинающих исследователей, увлеченных "химией за пределами молекул". За рубежом эта книга стала бестселлером и была переиздана в 2009 г. Представляемая читателям книга "Химия анионных рецепторов" вышла в серии "Монографии по супрамолекулярной химии", издаваемой Королевским химическим обществом, и является продолжением переводов крупных зарубежных монографий по супрамолекулярной химии на русский язык.

Авторы монографии – Сесслер, профессор химии в университете Техаса в Остине (США), Гейл, профессор университета Саутгемптона (Великобритания), и Хо, доктор химии в университете Техаса в Остине (США) – являются признанными специалистами в области супрамолекулярной химии, молекулярного распознавания и определения анионов. Сесслер известен благодаря своим пионерским работам по расширенным порфиринам и их применению в биологии и медицине. Он является соучредителем компаний Pharmacyclics, Inc. и Anionics, Inc., работающих в области ионного распознавания и разработавших основы химии анионных рецепторов. Гейл является членом редакционной коллегии ряда журналов по супрамолекулярной, координационной и неорганической химии (SupraChem, Сhem. Soc. Rev., Coord. Chem. Rev., Chem. Comm.).

"Химия анионных рецепторов" посвящена анионному распознаванию, которое играет ключевую роль во многих биологических процессах, а также разнообразным рецепторам и переносчикам анионов, широко распространенным в природе. Поток информации в этой бурно развивающейся области супрамолекулярной химии растет с каждым годом, требует обобщения, а в ряде случаев и переосмысления большого объема накопленных результатов на новом уровне. Монография, предлагаемая читателю, полностью решает эту проблему. Она охватывает всю литературу, начиная с пионерской работы Парка и Симмонса (которая считается отправной точкой в области нековалентной координационной химии анионов) и по существу является современной энциклопедией химии анионных рецепторов. В монографии прослеживаются истоки химии анионного распознавания как уникальной области супрамолекулярной химии, иллюстрируются основные подходы, используемые к настоящему времени в дизайне рецепторов, и приводится иерархия синтетических анионных рецепторов различных классов. В качестве существенного дополнения в монографии приведен обзор биологических рецепторных систем, который делает содержание книги более разносторонним и доступным для понимания. В частности, в монографии освещены проблемы распознавания и транспорта анионов in vivo. Данная книга представляет интерес для широкого круга ученых. Она содержит в себе, с одной стороны, краткое введение в тему для решивших заняться этой проблемой впервые, а с другой стороны – детальный обзор ключевых моментов дизайна синтетических рецепторов, представляющий существенный интерес для специалистов-практиков. Кроме того, авторы обобщили основные аспекты практического применения химии анионных рецепторов. В монографию включены главы, посвященные анионным сенсорам, анион-управляемой сборке и темплатному синтезу, в которых описаны возможные пути создания новых аналитических устройств и эффективного управления сложными химическими реакциями.

Идея перевода "Anion Receptor Chemistry" возникла в результате переосмысления собственного экспериментального материала по кислотно-основной ионизации порфиринов в неводных растворах. Было замечено, что присутствие галогенидных противоионов оказывает сильное влияние на спектральную картину и численный результат кислотного титрования порфиринов, которые мы трактовали как ассоциацию противоионов в среде с невысокой диэлектрической проницаемостью. Работы, посвященные распознаванию анионов другими тетрапиррольными рецепторами, заставили нас взглянуть на полученные результаты как на селективное связывание анионов дипротонированными порфиринами, которое сопровождается четким оптическим откликом и может быть использовано для создания рН-управляемых рецепторов и переключателей-хромофоров, а также конструирования на их основе молекулярных устройств и функциональных материалов различного назначения. Это направление с 2009 г. развивается в лаборатории "Новые материалы на основе макроциклических соединений" Института химии растворов РАН (Иваново). Решение о переводе "Anion Receptor Chemistry" на русский язык было принято во время нашей встречи с Дж. Л.Сесслером на IСРР-5 (Москва, 2008 г.).

Авторы русского перевода "Anion Receptor Chemistry" видят своей главной задачей сделать эту монографию доступной широкому кругу заинтересованных специалистов, аспирантов и студентов, занятых исследованиями в области супрамолекулярной химии, и просто любознательным людям, проявляющим интерес к этой достаточно новой и быстроразвивающейся области современной науки, которая открывает дверь в мир анионных сенсоров, молекулярных устройств и самособирающихся структур, подобных природным, за которой стирается грань между рукотворным и живым.

Мы выражаем благодарность Джонатану Сесслеру, Эйвери Эйтен и Екатерине Ратковой за конструктивное сотрудничество в работе над переводом и изданием "Химии анионных рецепторов".

Предисловие к русскому изданию

Прежде всего хотелось бы поблагодарить наших российских коллег, взявших на себя труд перевести книгу "Химия анионных рецепторов". Оригинальный английский вариант был опубликован в 2006 г. в серии монографий по супрамолекулярной химии, редактируемой профессором сэром Фрейзером Стоддартом. В русском варианте исправлены обнаруженные ошибки и опечатки, однако новый материал в книгу не добавлялся. Поскольку в последние 3–4 года число публикаций по химии анионных рецепторов существенно возросло, анализ только самых важных результатов значительно увеличил бы объем книги. Заинтересованный читатель может получить представление о последних достижениях в этой области химии в обзорах, опубликованных в журнале Chem. Soc. Rev. (2008. 37. 151–190; 2009. 38. 520–563; 2009. 38. 1572–1586; 2009. 38. 1647–1662).

Среди ставших уже классическими направлений, особенно интенсивно развивавшихся в последние годы и детально описанных в нашей книге, следует упомянуть использование в процессах распознавания анионов NH-доноров водородной связи (а также рецепторов, содержащих индол) и льюисовских кислотных центров. Описан целый ряд рецепторов и сенсоров, содержащих эти фрагменты. Опубликовано много работ, в которых авторы исследуют анион-р взаимодействия и свойства CH-доноров на основе имидазолиевых катионов и 1,2,3-триазолов. В последние два года выделилась новая, неизвестная в 2006 г., группа индикаторов на анионы, в которых используются необратимые химические реакции ("reaction-based indicators"). Новым является использование анионов для контроля конформационных движений в комплексных рецепторных системах и стабилизации интеркаляционных структур, таких как катенаны и ротаксаны. Следует отметить также развитие химии экстрагентов малых ионов и полимеров с инкорпорированными рецепторами на анионы. Отдельного упоминания заслуживают исследования лекарств, действие которых основано на процессах распознавания анионов, включая синтез переносчиков и каналов, регулирующих трансмембранный перенос анионов.

Результаты, полученные в последние годы, открыли новые направления в химии распознавания анионов. Мы надеемся, что перевод нашей книги на русский язык поможет российским ученым внести свой вклад в эту интереснейшую область науки.

Предисловие

Супрамолекулярная химия, к которой читатели этой книги, как надеются авторы, относятся с энтузиазмом, открывает завораживающий и необозримый мир молекулярных взаимодействий, простирающийся за пределами простых ковалентных связей. Выяснение природы этих взаимодействий и исследование их новыми методами определяет сущность супрамолекулярной химии. Проблемы и возможности этой области науки привлекают все большее число исследователей, что отражается в близком к экспоненциальному росте публикаций. Особенно это касается важной части супрамолекулярной химии – распознавания анионов. Развитие этой области химии определяется прежде всего осознанием роли, которую играют нековалентные анион-молекулярные взаимодействия в биологии, физиологии, медицине, синтетической химии, при конструировании новых материалов, сенсоров, переработке отходов. Значительный прогресс достигнут в понимании основных принципов, управляющих процессами распознавания анионов. Это приводит к тому, что уже не только эстетические соображения, но и возможные практические приложения начинают определять развитие данной области науки.

Цель монографии – дать читателю представление об основных разделах супрамолекулярной химии анионов с акцентом на проблеме дизайна синтетических анионных рецепторов и перспективах их практического применения. Книга разделена на восемь основных глав, каждая из которых посвящена какой-либо важной проблеме и является обобщением имеющихся литературных данных. Основным главам предшествует вводная глава, написанная в более доступной форме и показывающая важность анионов в повседневной жизни и биологии. Частью этой главы является исторический экскурс. Авторы будут считать свою задачу выполненной, если заинтересованный читатель получит представление о прошлом, настоящем и перспективах на будущее рассматриваемой области науки, ее основных идеях и принципах, лежащих в основе сконструированных человеком и природой "миров анионного распознавания".

Авторы благодарны фондам и агентствам, финансовая поддержка которых сделала возможным появление этой книги и выполнение связанных с ее темой научных проектов, особенно Национальным институтам здоровья и Министерству энергетики (гранты GM 58907 и DE-FG02–04ER63741, полученные Д.Л.Сесслером); Ф.А.Гэйл благодарит Королевское общество за предоставленный грант для исследований, Научный совет по инженерным и физическим наукам (EPSRC) за финансовую поддержку, а также Королевское химическое общество за грант международных журналов.

Об авторах

Профессор Техасского университета в Остине. В 1977 г. получил степень бакалавра химии в университете Беркли (Калифорния), в 1982 г. – докторскую степень в области органической химии в Стэнфордском университете (руководитель – проф. Дж. П. Коллман). После защиты диссертации работал в университете Луи Пастера, также известном как Страсбург I (лаборатория лауреата Нобелевской премии проф. Ж.-М. Лена) и приглашенным ученым-исследователем в университете Киото (лаборатория проф. Табуши). С 1984  г. по настоящее время работает в Техасском университете; с 1992 г. – полный профессор университета. Автор 300 публикаций, в том числе нескольких книг; обладатель более 70 патентов. Член редакций нескольких международных журналов. Основатель компании Pharmacyclics, Inc. (совместно с Р. А. Миллером), занимающейся использованием расширенных порфиринов в медицине, и компании Anionics, Inc. (совместно с М. Р. Джонсоном), специализирующейся на различных коммерческих приложениях исследований анионов. Награжден рядом престижных премий, в том числе премией Американской ассоциации развития науки.


Филипп А. ГЭЙЛ

Профессор университета Саутгемптона. В 1992 г. получил степень бакалавра в Оксфордском университете, в 1995 г. там же – докторскую степень (руководитель – проф. П. Беер). Затем работал в Техасском университете, в лаборатории проф. Дж. Л. Сесслера. В 1997 г. получил исследовательскую стипендию Королевского общества и вернулся в Оксфордский университет. С 1999 г. по настоящее время работает в университете Саутгемптона. Автор более 160 публикаций, в том числе двух книг и нескольких обзоров по супрамолекулярной химии. Член редакционных коллегий ряда международных журналов.


Вон-Сеоб Хо

В 1996 г. получил степень бакалавра, в 2000 г. – степень магистра в Кангвонском национальном университете. Затем работал в Техасском университете, в лаборатории проф. Дж. Л. Сесслера, где в 2005 г. ему была присвоена степень доктора. После защиты диссертации работал в Калифорнийском университете (Лос-Анджелес), затем вернулся в Южную Корею. В настоящее время занимается исследованиями углеродных волокон в компании HyoSung Corp.