Rozvoj asymetrickej organokatalýzy na PriF UK

Asymetrická organokatalýza a jej rozvoj na PriF UK

V tomto roku 2021 bola Nobelova cena za chémiu udelená Benjaminovi Listovi a Davidovi MacMillanovi za rozvoj asymetrickej organokatalýzy. Asymetrická organokatalýza je nový spôsob prípravy molekúl s požadovanou štruktúrou a priestorovým usporiadaním.

Prakticky všetko okolo nás je zložené z chemických zlúčenín. Chemickými zlúčeninami sú aj látky, ktoré naša spoločnosť potrebuje na svoje fungovanie ako sú liečivá, materiály, prostriedky na ochranu úrody a pod. Všetky tieto látky sa vyrábajú chemickými syntézami, niekedy aj veľmi zložitými, drahými a dlho-trvajúcimi. Tohtoročná Nobelova cena bola udelená práve za rozvoj nových efektívnych metód takýchto syntéz. Aby sme pochopili podstatu tohto objavu môžeme sa pozrieť na kľúčové časti termínu „asymetrická organokatalýza“. Slovo katalýza znamená, že chemická reakcia sa uskutočňuje pomocou katalyzátora, ktorý túto reakciu urýchľuje alebo robí selektívnu určitým spôsobom. Najdôležitejšími katalyzátormi boli doteraz komplexy kovov a enzýmy, teda bielkoviny, ktoré sprostredkúvajú chemické reakcie v živých organizmoch. Enzýmy sú zložené z mnohých opakujúcich sa stavebných blokov, tzv. amino kyselín majú veľmi komplikované štruktúry a niekedy sa s nimi ťažko pracuje. Kľúčová myšlienka ocenených výskumníkov bola v tom, že komplikovaný  enzým nahradili jedinou amino kyselinou prolínom. Zistilo sa, že táto amino kyselina je schopná katalyzovať mnohé užitočné chemické reakcie. Slovo „asymetrická“ sa vzťahuje k schopnosti katalyzátora nie len urýchľovať chemické  reakcie ale ich viesť aj spôsobom aby molekuly produktov vznikali len v žiadanej geometrickej forme. Toto je dôležité napríklad pri liečivách, pri ktorých sa zistilo, že sú účinné len v jednej konkrétnej geometrickej forme a teda ich musíme vedieť takto selektívne, hovoríme enantioselektívne alebo asymetricky pripravovať. Asymetrická organokatalýza obsahuje aj dôležitý aspekt tzv. zelenej chémie, teda chémie, ktorá je šetrná k životnému prostrediu a zdraviu ľudí. Aj samotný fakt, že katalyzátor sa používa v malom množstve je prospešný lebo vedie k menšej tvorbe odpadov. Ďalším dôležitým aspektom, je že sa nepoužívajú komplexy kovov, ktoré sú často toxické alebo environmentálne závadné.

Prelomové práce Lista a MacMillana boli nezávisle od seba publikované v roku 2000. Aj v skoršom období sa objavovali práce využívajúce jednoduché organické zlúčeniny ako katalyzátory ale až tohtoroční nobelisti začali túto oblasť systematicky rozvíjať. Veľmi skoro po objavení prvých prác z organokatalýzy sa začala táto disciplína rozvíjať aj na Slovensku. Už v roku 2002, prof. Toma z Prírodovedeckej fakulty UK publikoval prácu, v prestížnom vedeckom časopise Chemical Communications, ktorá ukázala, že prolínom katalyzované reakcie možno uskutočniť v inovatívnych reakčných médiách iónových kvapalinách. Táto práca získala doteraz viac ako 160 citácií. Prof. Toma začal rozvíjať spojenie asymetrickej organokatalýzy a zelenej chémie. Tieto postupy naše pracovisko rozvíja dodnes a dosahujeme v tejto oblasti medzinárodne uznávané výsledky. Napríklad sme skrátili syntézu liečiva oseltamivir (Tamiflu). Ukázali sme, že organokatalytické reakcie sa efektívne uskutočňujú bez použitia potenciálne škodlivých organických rozpúšťadiel. V súčasnosti tiež aplikujeme asymetrickú organokatalýzu v syntéze potenciálnych liečiv proti koronavírusu.