Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2023 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.
Af Hanne Christine Bertram, hcb@techmedia.dk
Lige siden den moderne kemi blev grundlagt i det 18. århundrede, har mange kemikere brugt naturen som deres forbillede. Kemikere og forskere har været optaget af at finde ud af, hvordan de kan syntetisere komplekse molekylære strukturer, der findes i planter, dyr og mikroorganismer. Blandt andet har det været et afgørende element i udviklingen af lægemidler, hvor mange af de aktive stoffer der er udviklet, der er baseret på inspiration fra naturligt forekommende forbindelser.
Kulstof backbone er en udfordring
Stort set alle naturlige biomolekyler har et struktur bestående af forbundne kulstofatomer som backbone, og en central udfordring i at syntetisere naturens biomolekyler er ofte netop de afgørende bindinger mellem kulstofatomer. At skabe de rette kulstofbindinger har været en notorisk udfordring for kemikere, da termodynamikken ikke favoriserer reaktioner, der danner bindinger mellem kulstofatomer fra forskellige molekyler. Derfor foreslog Barry Sharpless, at i stedet for at basere synteserne på at få kulstofatomer til at reagere med hinanden, skulle man udvikle strategier baseret på at bruge mindre kulstofholdige molekyler som udgangspunkt og så forsøge at binde dem sammen ved hjælp af nitrogen- eller oxygenatomer (C-X-C).
Opskalering kræver effektive reaktionsskemaer
En anden almen udfordring er også, at komplekse molekyler ofte syntetiseres i adskillige trin, hvor de kemiske reaktioner i hvert trin kan resultere i uønskede biprodukter. Disse biprodukter skal fjernes, før syntesen kan fortsætte, og i visse tilfælde betyder dette, at der må anvendes processer, der betyder, at udbyttet af det ønskede molekyle er ganske begrænset. Hvis et potentielt lægemiddel eksisterer i naturen, kan små mængder af stoffet ofte fremstilles til in vitro test og eventuelt kliniske forsøg. Men hvis en industriel produktion senere skal implementeres, er det nødvendigt, at disse kan baseres på kemiske reaktioner med en høj produktionseffektivitet.
Klikkemi-kriterierne
Baseret på de typiske udfordringer, definerede Barry Sharpless kriterier for, hvad en kemisk reaktion skal opfylde for at kunne kaldes klikkemi:
• Den skal kunne bruges mange steder, altså være bred i anvendelsesmuligheder.
• Den skal fungere under simple reaktionsbetingelser.
• Den skal give et højt udbytte.
• Den skal foregå uden brug af solvent eller ved brug af solventer, der er ufarlige og nemt kan fjernes.
• Den må kun generere skadelige biprodukter, der kan fjernes ved ikke-kromatografiske metoder.
• Den skal være stereospecifik og være selektiv for et enkelt produkt.
• Den skal være termodynamisk favorabel (>20 kcal/mol) og ske hurtigt.
Triazol-dannelsen, som Tornøe og Meldal opdagede
Den reaktion, som ligger til grund for Morten Meldals Nobelpris, er en kobberkatalyseret reaktion mellem azid og alkyn, hvor der dannes en triazol (figur 1).
Du kan læse mere om opdagelsen af reaktionen i artiklen af Christian Tornøe. Dannelsen af triazol ud fra en reaktion mellem azid og alkyn var som sådan ikke en ny og ukendt reaktion. Den havde tidligere været vist, hvor der blev brugt varme til at drive reaktionen, og altså ikke kobber som katalysator. En ulempe ved den varme-inducerede reaktion er desuden, at den ikke er stereospecifik:
(reaktion her)
Så mens den hidtil kendte varme-inducerede, energikrævende og ikke-stereospecifikke reaktion ikke kan leve op til klikkemiens kriterier, så lever Tornøe og Meldals opdagelse af en kobber-katalyseret dannelse af triazol ud fra azid og alkyn fuldt op til kriterierne og kan anses som klassisk og ægte klikkemi.
