نوبل 2010، برای شیمی آلی

فرانک  مجیدی: بنیاد نوبل، جایزه‌ی نوبل امسال را مشترکاً به «ریچارد اف. هَک»، «اِی‌ایچی نِیگیشی» و «آکیرا سوزوکی» برای «کراس‌ کاپلینگ به‌وسیله‌ی کاتالیست پالادیوم در سنتزهای آلی» اعطا کرد. پروفسور هک آمریکایی است، متولد سال 1931 و استاد دانشگاه دلوِیر. نیگیشی و سوزوکی هر دو ژاپنی هستند که اولی 75 ساله و استاد دانشگاه پرودوی آمریکا و دومی 80 ساله و شاغل در دانشگاه هوکایدوی ژاپن است.

شیمی آلی، گسترده‌ترین شاخه‌ی شیمی است که به ترکیبات کربنی می‌پردازد. واکنش کاپلینگ یا جفت شدن، در شاخه‌ای از شیمی آلی به نام شیمی آلی‌فلزی (اورگانومتالیک) مورد بحث قرار می‌گیرد که به وسیله‌ی یک کاتالیست فلزی و لیگندهای مناسب، دو ترکیب کربنی به هم متصل می‌شوند. در بحث‌های آزمایشگاهی، بهترین فلز کاتالیست پالادیوم است اما در صنعت و ابعاد گسترده، کاتالیست‌های فلزی ارزان‌تری مانند نیکل و مس مورد استفاده می‌گیرند. یکی از روش‌های جفت شدن، کراس‌ کاپلینگ نام دارد و واکنشِ بینِ دو جزء جدا از هم را شامل می‌شود که می‌توان بر هر نیمه‌ی مولکول محصول در فرآیند واکنش، کنترل داشت. یکی از اجزای واکنش کراس ‌کاپلینگ، معمولاً آریل، آلکنیل یا آلکیل‌هالید است.

بنیاد نوبل، برای امسال کار این سه دانشمند را ارزشمند تشخیص داده که کار آن‌ها اساس واکنش‌های مهمی از صنایع داروسازی تا صنایع الکترونیک قرار گرفته‌است. داروی تاکسول که برای درمان سرطان به‌کار می‌رود، بر پایه‌ی واکنش پایه‌گذاری شده توسط آن‌ها ساخته‌شده‌است. واکنش یافته‌شده توسط این سه شیمی‌دان، در کنار واکنش‌های بزرگ و برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، مانند واکنش گرینیارد در سال 1912، واکنش دیلز- آلدر در سال 1950، واکنش ویتیگ در سال 1970 و واکنش مبادبه‌ی اولفین در سال 2005 قرار می‌گیرد.

تا پیش از آن‌که پالادیم در شیمی آلی استفاده ‌شود، برای اتصال بین دو کربن می‌بایست از مواد فعال‌کننده استفاده می‌شد و واکنش‌های جانبی اجتناب‌ناپذیر بودند. اما با به‌کار بردن پالادیوم، شمای زیر رخ می‌دهد.

با کلیک روی تصویر، می‌توانید نمای بزرگ‌تری از آن را ببینید.

هک پیشگام کار بر واکنش کراس‌ کاپلینگ شامل اولفین‌ها شد. او در سال 1968 مدعی شد واکنش زیر را در دمای اتاق انجام داده‌است.

این واکنش، یکی از مهم‌ترین روش‌های ایجاد پیوند یگانه‌ی کربن- کربن شناخته‌شد. او تا سال 1969، مکانیسم واکنش و جزئیات استرئوشیمی کاملی برای واکنش خود ارائه داد. تا سال 1971 او و دانشمندان دیگر به کامل کردن این واکنش و ایجاد محصولات جدیدتر بر پایه‌ی کار هک پرداختند.

در سال 1976، نیگیشی روی سری واکنش‌های کموسلکتیوتر آلی‌فلزی کاتالیست‌های آلی با اورگانوهالیدها کار کرد. او ابتدا اجزای اورگانوزیرکُنیوم و اورگانوآلومینیوم را به کار گرفت. او در سال 1977 برای آن‌که از محصولات جانبی بکاهد، از ترکیبات پالادیمی استفاده کرد که واکنشی ملایم با انتخابگری بالا را موجب می‌شد. واکنش نیگیشی نیز در ایجاد پیوند یگانه‌ی کربن- کربن به شهرت و اعتباری بالا میان شیمی‌دان‌ها رسید

در سال 1979، سوزوکی و همکارانش دریافتند در حضور باز و کاتالیست پالادیم، کراس کاپلینگ وینیل و آریل‌هالید امکان‌پذیر است

بعداً مشاهده شد که آریل‌بورونیک‌اسیدها به‌عنوان اجزای جفت‌شونده بر کاتالیست پالادیوم، قادر به انجام واکنش کراس‌کاپلینگ هستند و بازهای ملایم‌تری نیز می‌توانند کاربرد یابند.

روش‌های یافت‌شده توسط این سه دانشمند، راه‌های کاربردی فراوانی را در سنتز مولکول‌های هدف ایجاد کرد. با روش‌های کراس‌کاپلینگی که این سه تن پایه‌گذاری کردند، مولکول های طبیعی و بیولوژیکی فراوانی ساخته‌شد و در داروسازی استفاده‌های بسیاری یافت. جایزه‌ی نقدی نوبل، بین این سه تن به تساوی تقسیم می‌گردد و آنان به بزرگترین افتخاری می‌رسند که یک دانشمند می‌تواند به آن برسد.

پ‌ن 1: بالاخره یک‌بار هم که شده، یقه‌ی سینما و ادبیا را رها کردم و چیزی درباره‌ی رشته‌ی تحصیلی خودم نوشتم! اگر سلینجر بزرگ حکم داد که «هفته‌ای یه بار آدم رو نمی‌کشه!» احتمالاً سالی یک بار از شیمی نوشتن هم من را نمی‌کشد!

پ‌ن 2: دانشجویان عزیز شیمی و علاقمندان، توضیحات کامل‌تری را می‌توانند در این‌جا و این‌جا درباره‌ی روند کار این سه دانشمند بیابند.

پ‌ن 3: این پُست را تقدیم می‌کنم به استادان فرهیخته‌‌ام، «دکتر علی‌اکبر انتظامی»، «دکتر عزیز شهریسا» و «دکتر رضا تیموری‌مفرد» که در زمینه‌ی شیمی آلی زحمات بسیاری را برای آموزش من متحمل شده‌اند، اما نه تنها در زمینه‌ی علمی خود، که از بُعد انسانی نیز، صِرف آشنایی با این عزیزان را یکی از بهترین شانس‌های زندگی خود می‌دانم. برای همیشه، مدیون آن‌ها خواهم ماند.

پی‌نوشت از علیرضا مجیدی! : در متن این پست به داروی تاکسول اشاره شده است. تاکسول یا پاکلیتاکسل، یک داروی مهارکننده میتوز است و از این راه می‌تواند جلوی تکثیر سریع سلول‌های سرطانی را بگیرد. برای ساختن این دارو تا سال 93 از پوست گونه‌ خاصی از درخت سرخدار به نام Taxus brevifolia استفاده می‌شد. اما نیاز بیماران بسیار بیشتر از داوری استحصال شده از این طریق بود و به علاوه از لحاظ زیست‌محیطی هم آسیب زیادی به  خاطر قطع درختان، رخ می‌داد، به همین خاطر دانشمندان باید به طریقی این دارو را به شیوه صناعی می‌ساختند.

دانشمندان در سال 93 موفق شدند شیوه‌ای نیمه‌صناعی برای ساختن این دارو پیدا کنند. البته هم‌اکنون این دارو برای اجتناب از مواد مضر فرایند، به شیوه زیست‌فناوری تهیه می‌شود. اما تلاش نخستین دانشمندان برای ساخت صناعی آن راه را برای ساخت داروهای دیگری همچون docetaxel باز کرد.

داروی پاکلیتاکسل بیشتر در درمان سرطان پستان، تخمدان و ریه کاربرد دارد.