O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi o’zbekiston milliy universiteti

Devid Makmillan Benjamin List

1-rasm. Kimyo bo‘yicha 2021 yilgi Nobel mukofoti sovrindorlari: Devid Makmillan (chapda) va Benjamin List(o’ngda). Surat natural.com orqali

Asimmetrik organokataliz bo'yicha faol tadqiqotlar ming yillikning oxirida Benjamin List va Devid MakMillanning ishi bilan boshlandi. Yondashuv g'oyasi shundan iboratki, katalizator rolini o'ynaydigan sinchkovlik bilan tanlangan organik xiral molekulalardan foydalangan holda, ikkita enantiomerdan bittasi ko'p bo'lgan xiral molekulalar sintezlanadigan reaktsiyalarni amalga oshirish mumkin (ikki oyna deb ataladigan narsa). -xiral molekulaning simmetrik shakllari). Oktyabr oyida List va Makmillan 2021 yil uchun kimyo bo'yicha Nobel mukofoti "assimetrik organokatalizni rivojlantirish uchun" formulasi bilan g'olib deb e'lon qilindi. O'shandan beri Makmillan katalitik kimyoning boshqa sohalariga katta qiziqish uyg'otdi, ammo List organokataliz bilan faol shug'ullanishda davom etmoqda va bu yil uning tadqiqot guruhi bir qator qiziqarli maqolalarni nashr etdi, bu assimetrik organokataliz bo'yicha zamonaviy tadqiqotlar asosida yotgan mantiqni aniq ko'rsatib beradi. . Birinchi maqolada indol guruhiga (ko'plab bioaktiv moddalarning muhim qismi) qo'sh bog'lanishning siklo yuklanishining assimetrik katalizlanishining reaktsiyasi batafsil ko'rib chiqiladi. Ikkinchi maqolada keng assimetrik reaksiyalar uchun katalizatorlarni sintez qilishning yangi, nisbatan oson va samarali usuli tasvirlangan.
Katalitik reaksiyalar tabiatda ham, sanoatda ham juda keng tarqalgan. Ammo qanday uzoq yo'lni bosib o'tish kerak: har qanday tirik organizmning ichida - siz va menda ham - katalizatorlar ishtirokida ko'plab biokimyoviy reaktsiyalar sodir bo'ladi, ya'ni reaktsiyani tezlashtiradigan (yoki hatto buni amalga oshiradigan), lekin o'zlari iste'mol qilinmaydigan moddalar(ya’ni sarflanmaydigan). Birinchi marta kataliz g'oyasi 18-asrning oxirida ingliz olimi Elizabet Fulhemning ishida tasvirlangan va atamaning o'zi 1835 yilda Jons Berzelius tomonidan taklif qilingan. O'shandan beri kimyo fani uzoqqa bordi.
Katalizator molekulalarini uch guruhga bo'lish mumkin: noorganik, organik va biologik. Noorganik birikmalarda o'tish metalllari (Palladiy, volfram, titan va boshqalar) mavjud. Bunday metallarning atomlari osongina berilishi va elektronni olishi mumkin, shuning uchun ularning yordami bilan, kimyoviy o'zgarishlarni amalga oshirish osonroq. turli reaktsiyalar noorganik kataliz uchun tadqiqot uchun, kimyo bo'yicha Nobel mukofoti ham Richard Heck, Eyiti Nagisi va "organik sintez palladiy-katalizli kross birikish reaktsiyalar uchun" Akira Suzuki sovrindorlari 2010, yilda, masalan, (taqdim etildi. Muammo shundaki, o'tish metall yo'llari, kam uchraydigan va ko'pincha toksik bo'lib, olingan moddalar ulardan jiddiy tozalanadi. Shuning uchun ishlab chiqarish uchun, masalan, dorilar va boshqa bioaktiv moddalar ularni ishlatmaslik yaxshiroqdir. Organik katalizatorlari - bu o'tish metallari bo'lmagan kichik organik molekulalar. Biokatalistlar biologik kelib chiqishi, masalan, fermentlar va riboz kabi katta molekulalar (1989 yilda ribosimning ochilishi uchun kimyo uchun Nobel mukofoti, Tomas Tick va Sidney Sidenni qabul qildi).
Ba'zi molekulalar xirallik bilan tavsiflanadi - harakat bilan bir-biri bilan birlasha olmaydigan ikkita oyna-simmetrik shaklda mavjud bo'lish qobiliyati. Bu shakllar enantiomerlar deb ataladi. Xiral ob'ektlarning makroskopik misollari - qo'llar (qadimgi yunoncha χειρ "qo'l" so'zidan va hodisaning nomi keladi) va o'ng va chap ipli murvatlar. Xirallik haqida ko'proq ma'lumotni yangiliklardan topishingiz mumkin.Xiral-induktsiyali spin selektivligi rasemik aralashmalarni enantiomerlarga ajratishga yordam beradi ("Elementlar", 24.05.2018) va biologik molekulalarning zaif o'zaro ta'siri va xiralligi muammosida.
Ikki mumkin bo'lgan enantiomerlardan faqat bittasi kerakli xususiyatlarga ega bo'ladi: hatto bir xil bo'lgan molekulalar orasidagi ko'zgu simmetriyasi kabi kichik ko'rinadigan farq ham biologik faollikka kuchli ta'sir qiladi. Ko'p narsa uglerod bilan bog'liq bo'lgan biokimyoda, agar unga to'rt xil guruh biriktirilsa, xiral markaz sifatida harakat qilishi mumkin, bu muntazam ravishda sodir bo'ladi. Shu bilan birga, agar bunday moddalar xiral molekulalarning ishtirokisiz sintez qilinsa, ikkala enantiomer ham reaktsiya mahsulotida 1: 1 nisbatda bo'ladi (bunday aralashmalar rasemik deb ataladi).Enantiomerlardan birining hosildorligini oshirish uchun assimetrik reaktsiyani amalga oshirish kerak. Tabiatda bunday reaktsiyalar (va ular deyarli hayotning barcha sohalarida qatnashadilar) biokatalizatorlar ishtirokida sodir bo'ladi. Ammo juda uzoq vaqt davomida bunday katta va murakkab molekulalarni sintez qiladi va qimmat. Agar kimyogarlar biokatalizatorlar bilan ishlayotgan bo'lsa, ular tayyor (masalan, genetik o'zgartirilgan bakteriyalar) va ularning ehtiyojlariga moslashadi, ular odatda tabiatda katalizatsiyali reaktsiyalar uchun ishlatiladi. Ammo yaxshi biokatalistlarni yaratish uchun evolyutsiya milliardlab yillar davomida, odamlar yangi reaktsiyalarni amalga oshirishlari kerak edi "Bu erda va hozir" - va bu juda qiyin vazifa.
Xuddi shu molekulaning ikkita enantiomerining turli xil bioaktivligi talidomidning qayg'uli hikoyasi bilan yaxshi tasvirlangan. Ushbu modda 1950-60-yillarda gipnoz va tinchlantiruvchi vosita sifatida ishlatilgan. Ammo tezda uning teratogen ta'siri borligi ma'lum bo'ldi: homiladorlik paytida talidomidni qabul qilgan ayollarda tug'ma nuqsonlari bo'lgan bolalar tug'ilish ehtimoli ko'proq edi. Umuman olganda, turli hisob-kitoblarga ko'ra, talidomid bir necha mingdan bir necha o'n minglab chaqaloqlarga ta'sir ko'rsatdi. Faqat 1980-yillarda talidomidning ikkita enantiomeridan faqat bittasi, uning S-shakli bunga javobgar ekanligi ma'lum bo'ldi (2-rasm). Agar 20-asrning o'rtalarida assimetrik sintez usullari allaqachon mavjud bo'lsa va enantiomerlarning potentsial turli xil bioaktivligi xavfi haqida tushuncha mavjud bo'lsa, unda fojianing oldini olish mumkin edi. Ammo talidomid rasemat shaklida ishlab chiqarilgan va ikkala enantiomer ham kelajakdagi onalarning tanasiga kirdi.

2-rasm. Talidomidning enantiomerlari. Chapda - anestetik va tinchlantiruvchi ta'sirga ega xavfsiz R-shakli. O'ng tomonda embrion rivojlanishining buzilishiga olib kelishi mumkin bo'lgan teratogen bo'lgan S-shakli mavjud. Talidomid fojiasi ko'plab mamlakatlarni dori vositalarini litsenziyalash amaliyotini qayta ko'rib chiqishga, dori vositalariga talablarni kuchaytirishga va klinik sinovlarga majbur qildi. Qalin chiziqlar ekranni bizda "qoldiradi", chiziqli chiziqlar ekranning chuqurligiga "ketadi". Rasm news.tpu.ru saytdan olingan.

Va nihoyat, biz bu yilgi Nobeliatlarning muhokamasiga keldik. Nobel qo'mitasi ta'kidlaganidek, Benjamin List va Devid Makmillan "assimetrik organokatalizni rivojlantirish uchun" mukofotlangan. Qisqacha aytganda, ular nisbatan oddiy chiral organik molekulalarni katalizator sifatida samarali ishlatishga imkon beradigan usullarni sezilarli darajada ishlab chiqdilar. List (Prolin-katalizlangan to'g'ridan-to'g'ri assimetrik Aldol reaktsiyalari) va McMillan (Organik kataliz uchun yangi strategiyalar: Birinchi yuqori enantioselektiv organokatalitik diels - alder reaktsiyasi) guruhlarining ta'sis maqolalari 2000 yilda bir yarim oylik farq bilan nashr etilgan.
Ikkala ishda ham turli xil reaksiyalar sinovdan o'tkazildi (turli o'rinbosarlar, turli funktsional guruhlar va boshqalar ishlatilgan) va ikkala guruh ham katalizator sifatida siklik azot o'z ichiga olgan xiral birikmalardan foydalangan. Ro'yxat ko'plab fermentlarning reaktsiya markazida faol guruh bo'lgan prolin aminokislota bilan ishlagan. Makmillan guruhi bir nechta turli katalizatorlarni sinab ko'rdi. Ushbu ishlarning reaktsiyalariga misollar 3-rasmda ko'rsatilgan. 3. Kimyogarlar yangi usulning imkoniyatlarini anglab etgach, shunga o'xshash tadqiqotlar ko'chkisi boshlandi.

3-rasm. List (yuqorida) va Makmillanning (pastda) "Nobel" maqolalaridan reaksiyalarga misollar. List guruhi bir nechta turli reaktsiyalarni o'rganib chiqdi, ular orasida para-nitrobenzaldegid bilan asetonning assimetrik aldol kondensatsiyasi bu erda ko'rsatilgan. Makmillan guruhi - assimetrik Diels - 2-metilbutadienning vinilaldegidga alder siklo yuklanishi. Ushbu reaktsiyalarning har biri ikkala guruhning ishi davomida sinab ko'rilgan ko'plab reaktsiyalardan faqat bittasi.mol% - katalizator molekulalarining reagentlarga nisbatan ulushi, uning (enantiomerik ortiqcha = enantiomerik ortiqcha) hosil bo'lgan aralashmadagi tasvirlangan xiral izomerning nisbati (foizda). Qaysi izomer nazarda tutilganligini siz molekulalardagi bog'lanishlar orqali tushunishingiz mumkin: qalinlashgan chiziqlar ekrandan bizga "tashqariga chiqadi", nuqtali chiziqlar esa ekranning chuqurligiga "ketadi". Maqolalar sxemalari B. List va boshq., 2000. Prolin-katalizlangan to'g'ridan-to'g'ri assimetrik aldol reaktsiyalari va K. A. Ahrendt va boshqalar, 2000. Organik kataliz uchun yangi strategiyalar: birinchi yuqori enantioselektiv organokatalitik diels - alder reaktsiyasi.

Adolat uchun shuni ta'kidlash kerakki, bunday assimetrik reaktsiyalar allaqachon ma'lum bo'lgan. Ro'yxat va Makmillan o'z maqolalarida tegishli ishlarga juda ko'p havolalarni keltirib o'tadilar, ularning eng birinchisi 1971 yilga to'g'ri keladi (U. Eder va boshq., 1971. New Type of Asymmetric Cyclization to Optically Active Steroid CD Partal Structures). Ajablanarlisi shundaki, u Listning "Nobel" maqolasidagi reaktsiyalarga o'xshash aldol kondensatsiya reaktsiyalarini, hatto bir xil katalizator (prolin) bilan ham tekshirdi. 1971 yilgi maqola mualliflari hali ham tirik. Shu sababli, ko'plab kimyogarlar "haqiqiy kimyoviy Nobel" dan xursand bo'lishsa ham, Nobel qo'mitasining tanlovini adolatsiz deb bilishadi.
Nima uchun tanlov List va Makmillanga tushdi? Nobel qo'mitasining qarorini qo'llab-quvvatlash uchun D. I. Mendeleevning bir nechta iqtiboslarini keltirish mumkin.