Поскольку карбоновые кислоты и аминокислоты играю большую роль в обмене веществ, как отдельных клеток, так и целых организмов, создание систем их распознавания является актуальной задачей современной химии.

Не менее важной практической целью является и разработка методов разделения биологически значимых кислот – такие задачи важны для регулярного применения в биотехнологии, биологической медицине и лабораториях контроля качества продуктов питания.

Обычно для решения последней задачи в настоящее время применяются высокоэффективная жидкостная хроматография, электрофорез и другие электрохимические методы разделения веществ, однако зачастую для проведения таких операций требуется сложное оборудование и/или высококвалифицированный персонал.

Одним из перспективных подходов к разделению смесей близких по структуре карбоновых кислот и/или их концентрированию является применение высокоселективных молекул-хозяев, способных эффективно и селективно связываться с определенной молекулой гостя. Несмотря на кажущуюся простоту, это является непростой задачей, поскольку для дизайна хозяина, способного дать пристанище определенной молекуле, необходимо знать всю картину межмолекулярных взаимодействий, которая может реализоваться при связывании гостя с хозяином. Также следует учесть и то обстоятельство, что ряд биологически значимых соединений, таких как аминокислоты или двухосновные карбоновые кислоты могут самоассоциироваться за счет системы водородных, ионных и других типов химических и межмолекулярных связей.

Исследователям из Казанского федерального университета удалось нащупать ключи к созданию соединений-хозяев, способных селективно распознавать некоторые биологически важные карбоновые кислоты из смеси, содержащие близкие по структуре субстраты.

Исследователи из группы Александра Коновалова (Alexander I. Konovalov), Игоря Антипина (Igor S. Antipin) и Ивана Стойкова (Ivan I. Stoikov) решили распознавать биологически важные карбоновые кислоты с помощью производного тиакаликс[4]арена (циклического соединения – продукта поликонденсации производного фенола с серой), содержащего α-аминофосфонатный фрагмент.

Одной из задач, которую пришлось решать исследователям, был направленный синтез монофосфорилированного продукта – такое соединение получить гораздо сложнее, чем тетрафосфорилированный тиакаликс[4]арен, образование которого легко протекает в условиях классической реакции Кабачника-Филдса.

Для получения целевого монозамещенного по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]арена в конформации конус, был использован темплатный синтез – в качестве шаблона, направляющего синтез целевого продукта в нужное русло, использовался третичный амин. Роль амина, как показали исследования методом РСА, заключается в переносе протона с фенольного гидроксила на НЭП азота, приводящем к образованию фенолят-аниона и катиона аммония. Таким образом, была получена молекула-хозяина, способная к селективному связыванию с винной и аспарагиновой кислотами.
Методами мембранной экстракции, электронной спектроскопии и высокоэффективной жидкостной хроматографии исследователи показали, что полученные п-трет-бутил(тиа)каликс[4]арены с α-аминофосфонатными фрагментами в составе жидких импрегнированных мембран способны осуществлять селективное извлечение винной и аспарагиновой кислот из смесей дикарбоновых, α-гидрокси- и α-аминокислот. Разделение смесей дикарбоновых и α--аминокислот в ряду близких по структуре субстратов открывает новые возможности для создания систем анализа и очистки сложных биологических смесей.