"נייצ'ר" מגלה: חוקרי הטכניון מצאו דרך חדשנית ליצירת מולקולות

מדובר בפריצת דרך משמעותית המציגה פתרון יעיל לבעיה סינתטית שלא נפתרה עד כה; דרך זו עשויה לקצר באורח ניכר תהליכים בתעשיית התרופות

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 בהסטוריה. על פריצת הדרך שלהם מדווח כתב העת המדעי היוקרתי "נייצ'ר". מדובר בפתרון בעיה סינתטית שטרם נפתרה עד כה ועשויה לקצר באורח ניכר תהליכים בתעשיית התרופות.

"כימיה אורגנית סינתטית היא מדע העוסק בבניית פרגמנטים מולקולאריים משוכללים מיחידות אורגניות פשוטות ביותר", מסביר פרופסור אילן מרק מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון. "אחת האפליקציות האפשריות הרבות בתחום זה הינה סינתזה של חומרי טבע  מורכבים. בעשורים האחרונים הכימאים האורגניים הכיו  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 מינימאלי'?

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 כּיראלית (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).

אלדולים נוצרים כשקטון מגיב עם קטון אחר או עם אלדהיד, או כשאלדהיד מגיב עם אלדהיד. התגובה נקראת תגובת אלדול, וחשיבותה בכימיה האורגנית גדולה, שכן היא אחת הדרכים המעטות בה ניתן ליצור קשרי פחמן-פחמן, כלומר – לחבר שתי מולקולות קטנות למולקולה אחת גדולה. התגובה מכונה תגובת אלדול מוצלבת כששני המגיבים אינם זהים (למשל, תגובה בין האלדהיד מתנל (פורמלין) והקטון פרופנון (אצטון).

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 מוקולות כיראליות, כמו חומצות אמינו וסוכרים, פעיל בדרך כלל רק אחד האננטיומרים. הבנת המקור להבדל בשכיחות שני האננטיומרים של אותן מולקולות יכול 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 בחמרי מוצא מגוונים בעלי זמינות גבוהה.  פרצת 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 מותמרי 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 סידרה של תוצרי אלדול וMannich מאינאמידים, ביחסים דיאסטראומריים ואננטיומריים מצויינים וניצולות טובות.

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