חוקרי הטכניון פתרו אתגר שהעסיק כימאים במשך שנים

הדמיה של stable α-hydrogen nitroxyl radical - הרדיקל היציב שפיתח פרופסור-משנה שפילמן

הדמיה של stable α-hydrogen nitroxyl radical – הרדיקל היציב שפיתח פרופסור-משנה שפילמן

פרופסור-משנה אלכס שפילמן מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון פיתח מולקולה חדשה בעלת מבנה יציב.

אתגר שהעסיק כימאים במשך עשרות שנים – הכנת מולקולות רדיקליות יציבות ושימושיות – בא אל פתרונו במחקר שנערך בטכניון. המחקר התבצע על ידי קבוצת המחקר של פרופסור-משנה אלכס שפילמן מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון וד"ר מרק איירון ממכון ויצמן סייע בחישובים המסבירים את היציבות שהושגה. תוצאות המחקר פורסמו ביום שישי (6 בפברואר 2015) בכתב העת Nature Communications.

מולקולות רדיקליות הן מולקולות המכילות מספר אי-זוגי של אלקטרונים. אלקטרונים נוהגים להתארגן בצמדים וכך ליצור שיווי משקל אנרגטי, ולכן במצב האמור – מספר אי-זוגי של אלקטרונים, ואלקטרון אחד בלתי מזווג – קיים חוסר-איזון אנרגטי. כדי להשיג שיווי משקל אנרגטי נדרש למולקולה הרדיקלית אלקטרון נוסף, ולכן היא נוטה להגיב במהירות למולקולות אחרות, כלומר אינה יציבה.

למרות הכלל הזה – לפיו מולקולות רדיקליות אינן יציבות – קיימים רדיקלים יציבים. בשנת 1900 התגלה לראשונה רדיקל אורגני יציב בעל מבנה שלישוני, טריפנילמתיל, על ידי פרופסור מוזס גומברג (Moses Gomberg) מאוניברסיטת מישיגן. התגלית ההיסטורית הזו הובילה לגילוי רדיקלים יציבים אחרים. בשנת 1960 התגלה TEMPO – רדיקל אורגני נוסף, יציב מאוד – על ידי לייבדיב וקאזארנובסקי (Lebedev and Kazarnowskii). מולקולות אלה משמשות כיום בתעשיית הפלסטיק הפרמצבטית, בייצור גומי וכן ברפואה, בחקלאות, בביו-כימיה ובמדידת מרחקים במערכות ביולוגיות כגון DNA.

עם זאת, לרדיקלים היציבים המוכרים יש חסרונות רבים, ובהם עלות ייצור גבוהה ומבנה מרחבי המגביל את השימוש בהם.

המולקולה החדשה שפיתח פרופסור-משנה שפילמן – stable α-hydrogen nitroxyl radical – עשויה לחולל שינוי דרמטי בתחום זה. זהו רדיקל יציב בעל מבנה מרחבי 'שמיש' יותר. בסיום המאמר מציין פרופסור-משנה שפילמן כי מולקולה זו אטרקטיבית במיוחד בהקשר של יישומים עתידיים בקטליזה ובהקשר של מחקרים ביולוגיים. "למעשה, נסללת כאן דרך ליישומים רבים בקטליזה, ביולוגיה ורפואה."

אלכס שפילמן, יליד דנמרק, הגיע בגיל 18 לארץ כמתנדב בקיבוץ חמדיה. לאחר שחזר לדנמרק וסיים שם תואר שני ברפואה הוא שב לישראל, השלים דוקטורט במכון ויצמן ופוסט-דוקטורט ב-ETH ציריך, וב-2009 הצטרף לטכניון כחבר סגל בפקולטה לכימיה.

במהלך התארים המתקדמים, וכן בפוסט-דוקטורט, עסק שפילמן בסינתזה אורגנית של חומרי טבע, כלומר בהכנת חומרים טבעיים במעבדה ובחקר פעילותם הביולוגית. כאשר הגיע לטכניון החליט לחזור אל המדע הבסיסי. "זו התפיסה האסטרטגית שלי כיום," הוא מסביר. "אני רוצה להתחיל מתגלית מדעית בסיסית, ומשם לפתח אותה עד לסינתזה ויישום.

"כימיה היא תחום נהדר ומרתק, הדורש ממך המון יצירתיות. יש משהו מספק מאוד בפיתוח רעיון חדש ובהבאתו לידי מימוש."

בתמונה בעמוד הבית: פרופסור-משנה אלכס שפילמן