Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир - Джей Берресон

Структура сарсапонина — сапонина из сарсапариля

Было известно, что удалить остатки сахаров (два остатка глюкозы и один остаток другого сахара — рамнозы) из этой молекулы достаточно легко. В кислой среде остатки сахара отщепляются по положению, указанному на рисунке стрелкой.

Сложности возникают дальше — с сарсасапогенином. Чтобы получить систему стероидных колец из этого сапогенина, нужно отделить два кольца, обведенные окружностью на следующем рисунке. В те времена химики считали, что этого нельзя сделать, не повредив систему стероидных колец.

Сарсасапогенин — сапогенин из сарсапариля

Однако Маркер был уверен в том, что это возможно — и оказался прав. В результате предложенного им процесса удавалось выделить систему стероидных колец, на основании которой с помощью нескольких дополнительных реакций можно было получить чистый синтетический прогестерон, ничем не отличавшийся от прогестерона, образующегося в организме женщины. А удаление боковой группы позволяло осуществить синтез многих других стероидных веществ. Эта процедура — удаление боковой группы из системы стероидных колец в молекуле сапонина — до сих пор применяется в производстве синтетических гормонов и называется деградацией Маркера.

Затем Маркер решил найти растение, которое содержит больше исходного материала, чем сарсапариль. Сапогенины можно было выделить из триллиума, юкки, наперстянки, агавы или спаржи. Маркер исследовал сотни тропических и субтропических растений и в конечном итоге остановился на диком ямсе (растении из семейства диоскорейных), распространенном в мексиканском штате Веракрус. Дело было в начале 1942 года. США только что вступили во Вторую мировую войну. Мексиканские власти не выдавали разрешений на сбор растений, и Маркеру посоветовали не ездить за ямсом. Прежде подобные советы не останавливали Маркера, не остановили они его и в этот раз. На местных автобусах он добрался туда, где, как ему говорили, встречается интересовавшее его растение. Здесь он собрал два мешка длинных черных корней cabeza de negro (черная голова) — так растение называли местные жители.

Вернувшись в Пенсильванию, Маркер выделил из корней сапогенин, который по структуре был очень близок сарсасапогенину. Единственным отличием было наличие в молекуле диосгенина (так называется сапогенин из дикого ямса) дополнительной двойной связи.

Диосгенин из дикого ямса отличается от сарсасапогенина из сарсапариля только наличием одной дополнительной двойной связи (показана стрелкой)

Маркеру удалось удалить мешающую боковую группу, и в результате последующих реакций он получил большое количество прогестерона. Маркер убедился в том, что для получения значительных количеств недорогих стероидных гормонов следует организовать лабораторию в Мексике и использовать в качестве исходного материала мексиканский ямс.

Однако хотя такое решение казалось Маркеру осмысленным, оно не заинтересовало ни одну из крупных фармацевтических компаний, которые он попытался увлечь своей идеей. Традиции вновь встали на его пути. Руководители фармацевтических компаний утверждали, что в Мексике такой сложный синтез осуществить нельзя. Маркер не смог получить финансовой поддержки от фармацевтических компаний и решил заняться производством гормонов самостоятельно. Он ушел из Университета Пенсильвании и поселился в Мехико, где в 1944 году с несколькими компаньонами открыл фирму “Синтекс” (“синтез” плюс “Мексика”). Компания стала мировым лидером в производстве стероидов.

Однако пребывание Маркера в компании продолжалось недолго. Разногласия по вопросам финансов, прибыли и патентов привели к тому, что он ушел оттуда. Следующая учрежденная им компания, “Ботаника-Мекс”, была впоследствии куплена европейскими фармацевтическими фирмами. К этому времени Маркер обнаружил другие виды диоскореи, которые содержали еще больше диосгенина. Стоимость синтетического прогестерона постоянно снижалась. Эти виды ямса, корни которых раньше использовались местными фермерами только для одурманивания рыбы (при этом она оставалась съедобной), теперь выращиваются в Мексике в промышленных масштабах.

Рассел Маркер, чье открытие последовательности химических реакций, известной как деградация Маркера, открыло химикам доступ к использованию растительных стероидов. Фото любезно предоставлено Университетом Пенсильвании

Маркер не хотел патентовать свой метод, поскольку полагал, что им должны свободно пользоваться все желающие. Ему настолько надоели распри с коллегами и так не хотелось участвовать во всеобщей погоне за прибылью, которая, как он понял, направляла все химические исследования, что в 1949 году он уничтожил свои лабораторные журналы и записи, желая навсегда оставить занятия химией. Несмотря на это, именно предложенный Маркером процесс впоследствии позволил создать оральные контрацептивы.

Синтез других стероидов

В 1949 году молодой человек по имени Карл Джерасси, эмигрировавший в США из Австрии, поступил на работу в компанию “Синтекс” в Мехико. Он только что защитил в Университете Висконсина диссертацию, посвященную химическому превращению тестостерона в эстрадиол. Компания стремилась найти способ превращения имевшегося теперь в изобилии прогестерона в кортизон — один из 28 гормонов, выделенных из коры надпочечников (внешней части надпочечной железы, примыкающей к почкам). Это мощный противовоспалительный агент, который используется для борьбы с ревматоидным артритом. Подобно другим стероидам, в тканях животных кортизон присутствует в очень малых количествах. Его удавалось получить в лабораторных условиях, однако обходилось это очень недешево. Синтез включал в себя 32 стадии, а исходное соединение — дезоксихолевую кислоту — выделяли из желчи крупного рогатого скота, и в изобилии ее никогда не было.

Используя деградацию Маркера, Джерасси нашел гораздо более дешевый способ получения кортизона из растительного источника, например из диосгенина. Основная проблема в синтезе кортизона заключается в присоединении двойной связью кислорода по положению 11 в кольце C, поскольку в желчных кислотах и половых гормонах это положение в молекуле свободно.

Кортизон. Стрелкой показана связь C=O в положении 11.

Позднее был найден способ присоединения кислорода в этой позиции с помощью плесени Rhizopus nigricans. Сочетание химических реакций с микробиологическим процессом позволило осуществить синтез кортизона из прогестерона всего за восемь стадий — одну микробную и семь химических.

После успешного синтеза кортизона Джерасси получил из диосгенина эстрон и эстрадиол, в результате чего компания “Синтекс” превратилась в мирового лидера в производстве гормонов и стероидов. Следующей задачей Джерасси стал синтез прогестина — соединения, которое обладает свойствами прогестерона, но пригодно для перорального приема. Речь не шла о создании противозачаточных таблеток. В то время прогестерон, который уже был доступен по разумной цене (менее доллара за грамм), использовался для предотвращения выкидыша у женщин, у которых уже была неудачная беременность. Препарат прогестерона нужно было вводить с помощью инъекций в достаточно высоких дозах. Джерасси изучил литературу по этому вопросу и пришел к выводу, что введение в кольцо D группы с тройной связью углерод-углерод, возможно, позволит принимать препарат перорально. Кроме того, в одном исследовании упоминалось, что удаление СН3-группы (углерода с номером 19) повышает активность других родственных прогестерону молекул. Молекула, которую Джерасси и его коллеги синтезировали и запатентовали в ноябре 1951 года, оказалась в восемь раз активнее прогестерона. Новое вещество, которое можно было принимать перорально, назвали норэтиндроном (приставка “нор” относится к отсутствующей СН3-группе).

Сравнение структуры прогестерона и синтетического прогестина норэтиндрона

Критики контрацепции указывали на то, что эти таблетки придумали мужчины, а принимать их должны женщины. Это верно: химики, участвовавшие в создании этих молекул, были мужчинами, однако, как позднее заметил Джерасси (его иногда называют “отцом контрацепции”): “Мы и думать не думали, что это вещество в итоге станет активным компонентом почти половины контрацептивов, применяемых во всем мире”. Норэтиндрон исходно предназначался для гормонального поддержания беременности или нормализации менструального цикла, особенно у женщин с большой потерей крови при менструации. Но в начале 50-х годов при активном участии двух женщин этот препарат превратился из ограниченно применяемого средства для борьбы с бесплодием в неотъемлемый элемент каждодневной жизни миллионов женщин.