Автори: доц. Б. Стамболийска, доц. Евелина Велчева, доц. Марин Рогожеров и доц. Деница Панталеева
Лаборатория „Структурен органичен анализ“ е основана през 1976 г. под ръководството на акад. И. Юхновски за провеждане на приложни и теоретични изследвания.
Научно-приложната иновативна дейност през първите години след основаването на лабораторията е свързана със създаването на редица високопроизводителни и екологични технологии за общата и специалната галваника, микроелектроника и методите за подготовка на метални повърхности. Разработките са реализирани чрез комплексно използване на физичните методи за анализ (свързани с фундаменталните изследвания на лабораторията), на насочен органичен синтез, електрохимични и други функционални изследвания.В сътрудничество с колеги от други лаборатории са разработени технологии и добавки за електрохимично нанасяне на защитно-декоративни покрития.Добавката за кисело блестящо помедняване, получила правителствена награда, е внедрена в различни заводи в България и Източна Европа. Нова технология за блестящо поцинковане e разработена и внедрена в над 50 завода у нас и в чужбина, с което се прекратява използването на екологично недопустими цианови електролити.
Лабораторията е тясно специализирана в основните дялове на оптичната молекулна спектроскопия. С помощта на вибрационна, електронна спектроскопия и изчислителна химиясе изследват строежа на молекули и техни йони, водородносвързани комплекси. Голяма част от изследванията са посветени на решаването на един от основните проблеми на съвременната органична химия – изучаването на строежа и химичните трансформации на високореактивни продукти (интермедиати) в химичните и електрохимичните реакции. Преобладаваща част от тези йонни продукти са много нетрайни и не могат да се изолират, а данните за техния строеж са от фундаментално значение за изясняване на механизма и кинетиката на химичните реакции. Намерени са подходящи, специфични условия за получаването и изследването им. Осъществени са за първи път изследвания на спектри на нетрайните в обикновени условия радикал-аниони и карбаниони в специално конструирани за целта кювети за едновременно електрохимично генериране и измерване на инфрачервените им спектри, конструкцията на която е защитена с патент. Комбинирането на експериментални и теоретични подходи е довело да правилно интерпретиране на структурата на стотици аниони, данни за които в литературата отсъстват или са оскъдни. През последните години обект на изследване са главно биологично активни вещества- лекарства, хранителни добавки, антиоксиданти.
Получените резултати имат значение към изясняването на биологичната активност на тези съединения, във връзка с предполагаемото участие на техните аниони в механизма на действие на лекарствата в организма.
Тематиката на лабораторията обхваща също насочен дизайн, синтез и охарактеризиране на органични съединения с потенциално фармацевтично приложение – катоциклодидепсипептиди,бензимидазоли, тиенопиримидини, кумарини, хроманони и др. Задасеочертаятобластитенаевентуалнотофармакологичноприложение се работи в сътрудниество с други научни колективни за определяне на антиоксидантно, антимикробно, противовъзпалително, противораково, имуномодулаторно, хепатопротективно и невропротективно действие, инхибиторна активност спрямо различни ензими, свързани с фармакологичното действие.Активносеработипоизучаваненамеханизмитенавзаимодействие с биологичните мишени с помощта на съвременнитеметодинамолекулнотомоделиране и молекулендокинг и определяне на връзката структура-активност.
Повишените нива на свободни радикали в обкръжаващата ни среда допринасят за развитието на оксидативен стрес в организма и са причина за развитието на болести като рак, диабет, чернодробни и сърдечно-съдови заболявания, както и невродегенеративни нарушения. Приемът на антиоксиданти е от първостепенна значимост за превенцията и лечението на заболявания, резултат от намаления антиоксидантен капацитет на организма.Поради това разработването на лекарствени средства, проявяващи силно изразени антиоксидантни свойства, в комбинация с основния си терапевтичен ефект, представляват интерес за медицинската химия, а приносите в областта са от съществено значение, освен за по-доброто разбиране на механизмите на патогенеза, така и за опазването на здравето на хората като цяло.
Изследванията в областта на синтеза и изследването на биологичните свойства на потенциални лекарствени средства, базиращи се на молекулата на безнимидазола, доведоха до разработването на нов клас перспективни водещи структури за лекарствен дизайн на съединения с хепатопротективен ефект по механизмите на антиоксидантно действие и инхибиране на липидната пероксидация. Основен принос представлява разработването на нов синтетичен подход за получаване на N,N’-дизаместени бензимидазол-2-тиони по aza-присъединяване по Michael, за който бяха установени оптималните условия на реакция, предоставящи максимална скорост и високи добиви. В резултат на ескперименталната работа е създадена мини-библиотека от 45 бензимидазолови производни, включващи естери, хидразиди и хидразони. Съединенията са изолирани и подложени на детайлно охарактеризиране, посредством набор спектрални методи, сред които ИЧ спектроскопия, едномерни и двумерни ЯМР подходи и др. Проведено е пилотно проучване на инхибиращия им ефект по отношение на първични култивирани плъши хепатоцити, с оглед идентифициране на перспективни лидерни структури, отличаващи се с минимален токсикологичен потенциал върху прицелната клетъчна популация. Изследван е хепатопротективният потенциал на най-малко токсичните съединения при модел на индуциран оксидативен стрес, с определяне на клетъчна жизненост, интегритет на клетъчните мембрани, нива на редуциран глутатион и наличие на малонов диалдехид. Чрез използване на квантово-химични методи, от изчислените енталпии за пренос на водороден атом и йонизационни потенциали, се изясниха най-вероятните механизми на антиоксидантно действие в полярна и неполярна среда.
Окуражени от получените резултати за антиоксидантни и цитопротективни свойства на хидразоновите производни, младежкият екип на лабораторията работи в момента върху синтеза, структурното охарактеризиране и квантово-химичните изследвания на нови производни на дизаместения бензимидазол-2-тион и спектрофотометрично изследване на радикал-улавящата им активност спрямо DPPH и ABTS, както и чрез хемилуминесцентни методи и желязо индуцирана липидна пероксидация в моделни системи с лецитин и дезоксирибоза. Изследва се невропротективната им активност върху изолирани синаптозоми на плъх, като съединенията показват много обещаващи резултати с невропротективна активност по-висока от тази на мелатонин.Целта на изследванията е разработване на потенциални лекарствени средства за лечение на невродегенеративни заболявания, и по-специално болестта на Паркинсон. Това доведе до успешното стартиране на проект „Разработване на нов клас МАО-Б инхибитори с невропротективно действие за лечение на болестта на Паркинсон“, одобрен от Конкурс за финансиране на фундаментални научни изследвания на млади учени и постдокторанти на Фонд Научни изследвания – 2018 г., под ръководство на гл. ас. д-р Неда Анастасова.Във връзка с изясняването на механизма на повишена хепатотоксичност на нитроароматни съединения, в лабораторията се изследва превръщането им в анион-радикали. Изследването е значимо с това, че лекарствени молекули, съдържащи нитрогрупи, като например нимезулид (аулин), нилутанид, флутамид, нитрофурантоин и др., проявяват хепатотоксичност в резултат от биоредукцията на нитрогрупата и образуване на опасни метаболити. Вибрационните спектри на неутралните съединения и радикал-анионите отразяват промените в пространствената и електронната структура, настъпващите с редукцията.
Нова насока в научната дейност на лабораторията е изследване и идентифициране на български и свързани с България археологически и художествени обекти посредством ИЧ, Раманова спекртроскопия и други аналитични методи. Химическото охарактеризиране на материалите, използвани за изпълнението и художествената украса на археологически обекти и художествени произведения, позволява да се извлече важна информация за произхода на суровините, тяхната действителна възраст, промените, настъпили при стареенето, причините за разрушаването на даден обект, откриване на фалшификати и дава възможност до голяма степен да се изяснят използваните антични художествени технологии за изработването им. Получената информация за вложените материали е от изключително значение и при уточняване на стратегията за консервиране и възстановяване и за оптимизиране на условията за съхранение.
Като резултат от работата по проектна тема “Създаване на специализирана електронна библиотека за изследване и идентифициране на художествени артефакти с цел опазване на българското културно наследство”, финансиран от ФНИ, бе създадена първата българска спектрална електронна библиотека от референтни материали и реални художествени материали, използвани за украса на художествени и археологически обекти, намиращи се на територията на България, която е достъпна online на адрес http://libra.orgchm.bas.bg/.
До момента базата съдържа над 170 референтни материала, класифицирани в седем групи като: пигменти, багрила, свързватели, лакове, добавки, пълнители, синтетични смоли. За всеки стандарт са въведени вибрационни спектри, както и важна допълнителна информация за техните имена, синоними, типа, химичен състав,историческия период на употребата и др. Информацията е въведена на български и английски език. Разработена е скриптова система за търсене в базата данни и визуализиране на резултатите. Това позволява физико-химичните характеристиките на неизвестна проба да се сравни с характеристиките на стандартите от библиотеката и по този начин да се идентифицира материала и да се датира пробата. Така бяха изследвани произведения на изящното и приложното изкуство от различни периоди: стенописната украса в Тракийски гробници (4-3 в. пр.н.е.); стенописната украса на църква, датираща от 13 в., част от античен културно-комуникационния комплекс „Сердика”; стенописи от Рилския манастир, изработени в различни периоди от най-добрите майстори зографи на българското Възраждане между 1840-1847 г.; стенописите от Курилски манастир, изографисани през 1596 г. Всички изследвани образци от археологични и художествени обекти са класифицирани според техния тип, химичен състав, историческият период, в който са използвани, тяхното местонахождение и други характеристики и са включени в електронната библиотека. Създадената база може да се ползва от всички специалисти, ангажирани в изследване, реставриране и опазване на българското културно наследство. Тя позволява изследване на сходствата и различията в културното наследство, както на балканския регион, така и в световен мащаб.Работата в тази област продължава с разработване на методология за идентифициране на органичните вещества, използвани в произведенията на изкуството и бита от древността до наши дни. Дейността е част от проект за финансиране на фундаментални научни изследвания по обществени предизвикателства.
Важна част от дейността на лаборатория е обучение на студенти, млади учени и докторанти. Организирани са поредица международни летни школи “International Summer School on Application of FTIR spectroscopy and X-ray diffraction”, спонсорирана от DAAD по програмата ”Stability Pact for South Eastern Europe”. В летните школи са обучени студенти, докторанти и млади учени от университетите в Нови Сад (Сърбия), Скопие (Македония), Любляна и Марибор (Словения), Подгорица (Черна гора), СУ „Св. Климент Охридски”, ХТМУ, УХТ-Пловдив и Българската академия на науките.
Лабораторията участва активно в обучението на студенти бакалаври и магистри по проект BG051PO001-3.3.07-0002 „Студентски практики“, осъществяван с финансовата подкрепа на Оперативна програма „Развитие на човешките ресурси 2007 – 2013 г.“, съфинансирана от Европейския социален фонд. Обучението е насочено към анализ на храни и хранителни добавки, вторична структура на протеини и ИЧ спектроскопия.
Доц. Деница Панталеева с младите колеги гл. ас. Неда Анастасова, докторант Мария Аргирова и химиците Антон Костадинов и Николай Лумов
