נמצאה דרך חדשנית ליצירת מולקולות

חוקרי הטכניון מצאו דרך חדשנית ליצירת מולקולות. הם הצליחו להגיע למולקולה עם המרכז הכיראלי בשלב אחד בלבד מחומר המוצא. עד כה הגיעו לכך חוקרים בכמה שלבים, וגם זאת - רק בשני מקרים בהיסטוריה. על פריצת הדרך שלהם מדווח כתב העת המדעי היוקרתי "נייצ'ר" (Nature). מדובר בפתרון בעיה סינתטית שטרם נפתרה עד כה ועשויה לקצר באורח ניכר תהליכים בתעשיית התרופות.

"כימיה אורגנית סינתטית היא מדע העוסק בבניית פרגמנטים מולקולריים משוכללים מיחידות אורגניות פשוטות ביותר", מסביר פרופסור אילן מרק מהפקולטה לכימיה בטכניון. "אחת האפליקציות האפשריות בתחום זה הינה סינתזה של חומרי טבע מורכבים. בעשורים האחרונים הכימאים האורגניים הכינו מערכות מורכבות אלו באמצעות סינתזה רב-שלבית. אולם, השאלה האמיתית של המאה ה-21 אינה עוד 'האם אנו יכולים לסנתז מולקולה זו?' אלא - 'כיצד נוכל לסנתז אותה בצורה יעילה ביותר, תוך שימוש במספר שלבים סינתטיים מינימלי?'".

בשנים האחרונות פיתחה קבוצת המחקר של פרופסור מרק אסטרטגיות אלטרנטיביות אשר לא רק ענו על הדרישות הללו אלא גם נתנו פתרון לבעיות סינתטיות מאתגרות. אחת הבעיות הקריטיות הנותרות בתחום זה הינה יצירה של מרכזים כיראליים רבעוניים במערכות א-ציקליות בתגובת אלדול. מולקולה כּירלית (Chiral molecule) היא מולקולה שלא ניתן ליצור חפיפה בינה ובין תמונת המראה שלה באמצעות סיבוב במרחב. לתכונה זו של מולקולות מסוימות, הנובעת מהיעדר סימטריית שיקוף פנימית, קוראים כּיראליות (Chirality), ושתי המולקולות השונות, המהוות תמונת מראה האחת של השנייה, מכונות אננטיומרים. אלדולים (באנגלית ביחיד: Aldol) הם קבוצה של תרכובות אורגניות. המילה אלדול היא חיבור של המילים אלדהיד ואלכוהול (כוהל); ואכן, כל האלדולים מכילים שתי קבוצות פונקציונליות - זאת של האלדהידים (CHO) וזאת של הכוהלים (OH, קבוצת הידרוקסיל).

מוצא החיים

מרבית המולקולות הביולוגיות הן כיראליות, ומכאן חשיבות המושג במחקר הביוכימי. במקרים לא מעטים, שני האננטיומרים של חומר מסוים משפיעים באופן שונה על גוף האדם, ועל כן להבנת תכונת הכיראליות של מולקולות אלו יש חשיבות רבה בתעשיית התרופות ובתעשיית המזון. בתהליכים ביולוגיים שבהם מעורבות מולקולות כיראליות, כמו חומצות אמינו וסוכרים, פעיל בדרך כלל רק אחד האננטיומרים.

הבנת המקור להבדל בשכיחות שני האננטיומרים של אותן מולקולות יכולה לשפוך אור על מוצא החיים. בדיווח האחרון שפורסם ב-Nature על-ידי פרופסור מרק ועמיתיו, הם פתרו בעיה זו על-ידי תגובה בכלי יחיד תוך שימוש בחומרי מוצא מגוונים בעלי זמינות גבוהה. פריצת דרך משמעותית זו מציגה פתרון אלגנטי ויעיל לבעיה סינתטית אמיתית, שכן הכנה של מרכזים רבעוניים אלו המותמרים כולם בפחמימנים במערכות א-ציקליות מהווה את אחד האתגרים העכשוויים הקשים ביותר בסינתזה האורגנית המודרנית.

האתגר גדול במיוחד ביצירה של מרכזים אלו בתוצרים אלדוליים. קושי זה הוא בעייתי, שכן התגובה האלדולית מהווה את אחת הטרנספורמציות הכימיות החשובות ביותר בסינתזה האורגנית. הבעיה העיקרית המגבילה את היצירה של מרכזים מסוג זה היא היעדרה של שיטה יעילה להכנתם של אנולטים כיראליים תלת-מותמרים במערכות א-ציקליות המוגדרים מרחבית.

ניתן לפתור בעיות אלו באמצעות שילוב של תגובת קרבמטאלציה וחמצון של אורגאנו קופרט, אשר מאפשרת קבלה של אנולט תלת-מותמר המוגדר מרחבית. שיטה זו שימשה ליצירת סדרה של תוצרי אלדול וMannich מאינאמידים, ביחסים דיאסטראומריים ואננטיומריים מצוינים וניצולות טובות.

על עשיית סינתיזה בדרך שונה לחלוטין מהמקובל, קיבל פרופסור אילן מרק את פרס היצירתיות Janssen Pharmaceutica לשנת 2012.