2001 kémiai Nobel-díjasai
A Királyi Svéd Tudományos Akadémia a 2001.
évi kémiai Nobel-díjat részben William S.
Knowlesnak (St. Louis, Amerikai Egyesült Államok) és
Rjodzsi
Nojorinak (Nagojai Egyetem, Japán) megosztva, részben
K.
Barry Sharplessnek (Scripps Kutatóintézet, La Jolla,
Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok) ítélte
oda. W. S. Knowles és Rjodzsi Nojori a királisan katalizált
hidrogénezési reakciók, K. B. Sharpless a királisan
katalizált oxidációs reakciók kutatásáért
kapta az elismerést. A kitüntetett szerves kémikusok
felfedezései számos gyógyszer és biológiailag
aktív anyag kutatását és elõállítását
mozdították elõ.
 |
 |
 |
| William S. Knowles |
Rjodzsi Nojori |
K. Barry Sharpless |
Királis molekulák
Az élõ szervezetben sok molekula királis (gondoljunk
például a DNS-re, az enzimekre, hormonokra és antitestekre).
Az enantiomerek biológiai aktivitása eltérõ
lehet. Például a limonén egyik enantiomerje, az S-limonén
citromillatú, tükörképi párja, az R-limonén
narancsillatú. A kétféle illatot orrunk királis
receptoraival különböztetjük meg. Számos gyógyszer
is királis molekulákat tartalmaz. A gyógyszergyárak
a szerek mindkét enantiomerjének hatását megvizsgálják,
és gondoskodniuk kell arról, hogy egyik enantiomer se fejtsen
ki káros hatást a szervezetre. Ezért igen nagy az
igény a tiszta enantiomerek elõállítására.
Katalitikus aszimmetrikus szintézis
A nemkívánatos vegyületek kiszûrése
és a költségek csökkentése miatt az utóbbi
20-30 évben a szerves kémiában igen fontos területté
vált az új aszimmetrikus szintézismódszerek
kutatása. Ideális esetben a királis szer olyan katalizátorként
viselkedik, amelynek szelektivitása az enzimekéhez hasonló.
A katalitikus aszimmetrikus reakciókban a királis katalizátor
nagy mennyiségû optikailag aktív anyagot állít
elõ egy királis vagy akirális prekurzorból.
Egyetlen egykristály katalizátormolekula több millió
királis termékmolekula sztereoszelekcióját
végezheti el.
Az elsõ katalitikus aszimmetrikus hidrogénezési
reakció Knowles nevéhez fûzõdik: a Monsanto
St. Louis-i laboratóriumában Knowles elõször
állított elõ 1968-ban királis, átmeneti
fémet tartalmazó katalizátort, amellyel egy nem királis
anyagból kiindulva királis termék képzõdött.
Knowles kísérletei két korábbi felfedezésen
alapultak. Osborn és Wilkinson 1966-ban állított elõ
olyan oldódó átmenetifém-komplexet (1. ábra,
A), amellyel oldatban is katalizálható a hidrogénezés.
Az õ fémkomplexük nem volt királis. Knowles másrészt
Horner és Mislow királis foszfinjaiból indult ki
(pl. 3. ábra, B), és feltételezte, hogy aszimmetrikus
hidrogénezésre alkalmas katalizátor készíthetõ,
ha az A komplex trifenilfoszfin-csoportjait egy királis foszfin
egyik enantiomerjére cseréli
1. ábra. Knowles az A trifenilfoszfinját királis
B foszfinra cserélte: aszimmetrikus hidrogénezésre
alkalmas katalizátort kapott
Az elõször használt foszfin nem volt tiszta enantiomer,
mégis olyan keverék elõállításához
vezetett, amelyben az egyik enenatiomer mennyisége 15%-kal meghaladta
a másikét. Bár ez a többlet mérsékelt,
azt bizonyította, hogy végezhetõ katalitikus aszimmetrikus
hidrogénezés.
Knowles a Parkinson-kór kezelésében hatékonynak
bizonyult L-DOPA aminosav ipari szintézisét akarta megoldani.
A különbözõ szerkezetû foszfinok enantiomerjeinek
vizsgálata nyomán sikerült olyan katalizátort
elõállítaniuk, amellyel a keletkezõ DOPA-enantiomerek
keverékében jelentõs mennyiségû L-DOPA-t
kaptak.
2. ábra Az L-DOPA itt vázolt szintézisében
Knowles és munkatársai a C vegyületetbõl indultak
ki. A királis hidrogénezéshez a DiPAMP egyik enantiomerét
használták
A japán Rjodzsi Nojori kiterjedt és intenzív kutatásai
során hatékonyabb és általánosabban
alkalmazható hidrogénezõ katalizátorokat keresett.
Vegyületeit többek között gyógyszeripari
termékek, finomvegyszerek elõállítására
használják.
Sharpless 1980-ban végezte elsõ sikeres kísérleteit,
amelyek nyomán allilalkoholokat katalitikus aszimmetrikus oxidálással
alakított át királis epoxidokká. Az epoxidok
számos szintézis fontos kiindulási anyagai. Sharpless
epoxidációját sokan az utóbbi évtizedek
legfontosabb felfedezésének tartják a szerves szintézisben.
Korábbi írások
a kiralitásról:
Markó László: Miért
“balkezesek” a fehérjéket felépítõ aminosavak?
Enantiomerek szétválasztása