גישה חדשה ליצירה של מולקולות אורגניות

חוקרי הטכניון פיתחו שיטה פשוטה, מהירה ומדויקת להפקה של מולקולות אורגניות מאתגרות החיוניות בתעשיית התרופות, בענפים ונוספים ובעולם המחקר. הממצאים התפרסמו בכתב העת Nature Chemistry

פרופ’ אילן מרק מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך

חוקרים בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון פיתחו גישה חדשה ליצירה של מולקולות אורגניות בעלות מספר מרכזים סטריאוכימיים סמוכים. השיטה מבוססת על שני שלבים והיא מאופיינת בפשטות, בסלקטיביות, בגיוון, במהירות ובעלות נמוכה. הממצאים התפרסמו בכתב העת Nature Chemistry.

המחקר נערך במעבדה לכימיה אורגנית בטכניון על ידי ראש המעבדה פרופ’ אילן מרק והחוקרים ד”ר דייוויד פיירו וד”ר ג’פרי בראפרטס. החוקרים פיתחו שיטה חדשנית ליצירה של מולקולות אורגניות מורכבות על פי דרישה.

סינתזה אורגנית היא יצירה של מולקולות אורגניות, שהן תרכובת כימיות המכילות אטומי פחמן. מטרתו של תחום זה בכימיה היא לאפשר למדענים לייצר ולחקור מולקולות אורגניות, גם כשהן מורכבות מאוד, על פי דרישה. בענף זה מפותחות כל העת שיטות חדשניות ליצירת מולקולות אורגניות מאתגרות שיהיו מהירות, זולות וסלקטיביות ככל האפשר.

“אחד האתגרים העיקריים בתחום הוא היכולת לייצר באופן סלקטיבי מולקולות מוגדרות מבחינה גיאומטרית, וכן ליצור כל צורה גיאומטרית אחרת של המולקולה שנבקש,” מסביר פרופ’ מרק. “במעבדה שלנו בטכניון הצלחנו לפתח גישות חדשות לבעיות אלה באלגנטיות ובפשטות.”

היכולת לייצר מולקולות אורגניות באופן מדויק על פי דרישה היא יכולת חיונית בעולם הכימיה. אתגר זה מסובך מסיבות שונות:

ד”ר דייוויד פיירו

במולקולות אורגניות חשובות קיימים לרוב מרכזים סטריאוכימיים – חלקים במולקולה שיכולים להתקיים באחת מכמה צורות מרחביות שונות. השליטה בצורתו של כל אחד מהמרכזים הכיראליים במולקולה היא מאתגרת, במיוחד כשמדובר במולקולה לא טבעתית, כלומר מולקולה שבה כל האטומים יכולים להסתובב זה ביחס לזה ולהימצא בסידורים מרחביים שונים.

תכונותיה של מולקולה נתונה שונות לחלוטין מתכונותיו של האננטיומר – תמונת הראי שלה. לעתים יתכן שמולקולה נתונה עשויה לרפא מחלה ואילו האננטיומר שלה ירעיל את המטופל. כך קרה בטרגדיית התלידומיד – תרופה נגד בחילות הריון שהובילה ללידתם של אלפי תינוקות עם מומים מולדים. לכן, האפשרות לשלוט במדויק בצורת המולקולה חשובה מאוד.

השיטה שפיתחו חוקרי הטכניון היא גישה דו שלבית ליצירה סלקטיבית של מולקולות מורכבות רבות באופן פשוט ויעיל. בצעד הראשון הם יצרו מולקולות בתצורה טבעתית. הטבעות מתוחות ולא גמישות, וכך קל יחסית לקבוע את מיקומו של כל אטום ולשלוט בצורתם של המרכזים הסטריאוכימיים. בשלב השני הם השתמשו בזרז כדי לשבור את הטבעת בנקודה מסוימת ולקבל מולקולה לא טבעתית בעלת מספר מרכזים סטריאוכימיים. בניסוי זה הם ניצלו אטום חמצן שנקבע במולקולה בשלב הראשון וכעת שימש כמנוף להכוונת הפעולה כולה תוך שליטה בכל שרשרת האירועים, במעין אפקט דומינו מתוכנן היטב.

הגמישות של אסטרטגיה זו נובעת מהאפשרות לקבל סטריאואיזומרים שונים – מולקולות בעלות צורות שונות של המרכזים הסטריאוכימיים. זאת על ידי שימוש בחומרי מוצא שונים במקצת. בשיטה זו אפשר לקבל וריאציות שונות של אותה מולקולה.

ד”ר ג’פרי בראפרטס

בתום שני הצעדים יכלו החוקרים ליצור ולחקור תוצר אחד בכל פעם מתוך 16 תוצרים אפשריים דומים. התוצאות אפשרו לחוקרים לייצר משפחה רחבה של מבנים באופן שלא היה אפשרי בשיטות קודמות. השיטה החדשה מאופיינת בסלקטיביות, במגוון, בעלות נמוכה ובמהירות ייצור גבוהה. המחקר מעניין מאוד את הקהילה האקדמית כמו גם את התעשיות הכימיות ואת תעשיית התרופות.

“גישה זו מושכת תשומת לב רבה יותר ויותר כי היא מאפשרת לנו ליצור מערכות מורכבות מאוד בדרך קלה ופשוטה,” אומר פרופ’ מרק. “למעשה פיתחנו כאן מתודולוגיה חדשה, או ארגז כלים, שיסייעו לקהילה המדעית כולה. מדענים יוכלו כעת להשתמש בשיטה זו להרחבת מחקריהם ליישומים רבים ומגוונים.”

פרופ’ אילן מרק נולד בישראל אך עבר בגיל שנה עם משפחתו לצרפת. ב-1988 השלים דוקטורט באוניברסיטת Pierre et Marie Curie בפריז, ולאחר פוסט-דוקטורט בבלגיה הוא עבד כחוקר באוניברסיטת  Pierre et Marie Curie. בשנת 1997, אחרי 34 שנים בצרפת, חזר לישראל והצטרף לסגל הפקולטה לכימיה בטכניון. כיום הוא עומד בראש מעבדה לכימיה אורגנית ע”ש משפחת מאלך(צ”ל מאלט) ומחזיק בקתדרה ע”ש סובל. פרופ’ מרק זכה בפרסים רבים ובהם פרס ויצמן למדעים מדויקים, פרס המצוינות של החברה הישראלית לכימיה, מלגת אלון, פרס מיכאל ברונו, פרס טאוב להצטיינות אקדמית ופרסי הצטיינות בהוראה כולל פרס ינאי מטעם הטכניון. השנה הוא התקבל כחבר באקדמיה הצרפתית למדעים

למאמר המלא לחצו כאן