Rola palladu w tworzeniu nowych związków

Medal noblowski /www.wikipedia.org

Do tego jednego zdania sprowadza się tegoroczna nagroda Nobla w dziedzinie chemii. A ściślej – za rozwój katalizatorów palladowych stosowanych w reakcjach sprzęgania. Nagroda wyczekiwana od dawna, bowiem badania Hecka, a potem Negishi i Suzuki, były w istocie przełomowe, a prowadzone były w późnych latach 70. Jest więc to kolejna w tym roku nagroda przyznana po dekadach potwierdzających znaczenie badań i odkryć.

Dlaczego jednak było to tak istotne i do czego doprowadziły odkrycia tych trzech badaczy? Problem z syntezą organiczną polega na tym, że niełatwo jest w warunkach laboratoryjnych stworzyć nowe wiązania węgiel-węgiel. Zwłaszcze że wiązanie wiązaniu nierówne. Z drugiej zaś strony chemia (tzn. związki) oparta na węglu to w dzisiejszych czasach znakomita większość istniejących substancji. I nie bez kozery: nawet jeśli materiały syntetyczne tego rodzaju wymagają nieco gimnastyki, to przecież mamy ich niemal nieograniczone zasoby – w postaci otaczającego nas świata ożywionego.

Pozyskanie co bardziej skomplikowanych związków organicznych nie jest jednak łatwo. Substancje, które w przyrodzie występują często i gęsto – weźmy na przykład roślinne alkaloidy – w laboratorium opierają się wysiłkom badaczy próbującym uzyskać je od podstaw. Powodów jest wiele. Jednym z nich jest na przykład to, że podczas gdy chemik próbuje uzyskać te związki głównie mieszając różne substance, gotując je, inkubując, chłodząc – generalnie wykonując szereg prostych operacji, roślina ma do użytku narzędzia znacznie bardziej zaawansowane. A mianowicie enzymy, które zaprojektowane są do tworzenia tych właśnie różnych, dziwnych, specyficznych wiązań węglowych.

Dlatego właśnie każdy niemal postęp w dziedzinie syntezy organicznej, który pozwalał na przeprowadzenie reakcji w sposób znacznie bardziej specyficzny, na uzyskanie wiązań węglowych w określonym otoczeniu czy o wyjątkowej geometrii, witano zawsze z uśmiechem i otwartymi kolbami. Tfu, znaczy rękami.

Tegoroczna nagroda nie jest więc pierszym Noblem z chemii za tego typu badania. Już od najwcześniejszych lat przyznawania tej nagrody doceniano wysiłki chemików. W 1912 Victor Grignard otrzymał nagrodę za – niespodziewajka – reakcję Grignarda. Diels i Alder wyróżnieni zostali w 1950 roku, zaś Wittig – w 1979. Zaledwie pięć lat temu nagrodę nadano za opracowanie metatezy.

Niektóre z tych reakcji nie są zbyt wymagające eksperymentalnie, inne jednak wymagały od badaczy nieco więcej wysiłku. Ogólnie rzecz biorąc, im bliżej dwudziestego pierwszego stulecia, tymbardziej prace koncentrowały się nie tyle na znalezieniu właściwej reakcji, ale na znalezieniu właściwego katalizatora. Za to między innymi nagrodzony w 2005 roku został Grubbs (rzućcie okiem na katalizator Grubbsa).

Za to też nagrodzeni zostali tegoroczni laureaci. Każdy z trzech badaczy był odkrywcą reakcji, która później została nazwana jego imieniem. Wszystkie te reakcje mają jedną podstawową cechę wspólną: stosują katalizator palladowy. Pionierem w tej dziedzinie był Heck, który jako pierwszy zastosował tego typu katalizator już w późnych latach 60. do reakcji arylacji olefin, wyjaśnił mechanizm tej reakcji oraz jej stereochemiczny przebieg. Kontynuował te badania, aż kilka lat później świat ujrzała ostateczna wersja reakcji znanej dzisiaj jako reakcja Hecka.

Schemat reakcji Hecka.

Negishi swoje badania zaczął w połowie lat 70., już po najważniejszych odkryciach Hecka. Zajął się tematem sprzęgania związków metaloorganicznych z pochodnymi halogenkowymi. Reakcja ta, przeprowadzona – oczywiście – z użyciem katalizatora palladowego, opublikowana została przez niego w 1977 i nazwana reakcję Negishi.

W 1979 roku Suzuki wraz ze współpracownikami opisali kolejną reakcję sprzęgania wykorzystującą katalizator palladowy – było to sprzęganie związków boroorganicznych z halogenkami arylu. Wszystkie opisane reakcje prowadzą w rezultacie do wytworzenia nowego wiązania węgiel-węgiel. Te nowe metody syntezy otworzyły drzwi do produkcji setek, tysięcy, a potencjalnie nawet milionów nowych związków, wykorzystywanych w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym. Reakcja Hecka stosowana jest do syntezy takich związków jak sterydy, strychnina oraz pewne leki przeciwnowotworowe. Także reakcje Negishi i Suzuki są wykorzystywane do uzyskiwania na skalę przemysłową związków naturalych.

Schemat reakcji Suzuki.

Reakcje sprzęgania z użyciem katalizatorów palladowych znajdują więc zastosowanie do syntezy niemal wszystkiego, co posiada wiązania węglowe. Leków. Chemikaliów (także tych stosowanych np. w rolnictwie). Zaawansowanych materiałów technologicznych.

Aby jednak dać Wam na koniec wyobrażenie o tym, jak skomplikowane substancje można syntetyzować tylko i wyłącznie dzięki odkryciom dzisiejszym laureatów – na koniec przykład palitoksyny – trucizny pewnego typu koralowca, związku o niebywałym wprost stopniu komplikacji, który zsyntetyzowany został po raz pierwszy w 1994 roku, który to wyczyn do dzisiaj uważany jest za jedno z największych osiągnięć w syntezie organicznej…

Struktura palitoksyny, synteza której nie byłaby możliwa bez postępów w zakresie syntezy organicznej i odkrycia katalizatorów palladowych.
opracowano na podstawie nobelprize.org press release i innych ogólnodostępnych źródeł
Reklamy

2 Comments

  1. Fajnie, że ich w końcu docenili. Choć trzeba przyznać, że obecnie jest to tylko wierzchołek „palladowej góry lodowej” – mamy teraz znacznie więcej reakcji katalizowanych palladem (może nawet niektóre z nich mają większy potencjał niż dzisiaj wyróżnione).

    Polubienie

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s