Uskutočniť chemickú reakciu v laboratóriu nie je také jednoduché ako napísať chemickú rovnicu na papier. Po zmiešaní ingrediencií (reaktantov) sa tieto na 100% nepremenia na produkty a v zmesi chemikálií môže okrem želanej reakcie prebiehať viacero ďalších reakcií zároveň, pričom väčšina z nich vedie k nežiadaným produktom.
Tie potom treba pracne oddeliť. To sa deje obzvlášť vtedy, ak sú reagujúce molekuly zložité alebo ak reakcia prebieha v prostredí obsahujúcom veľa ďalších látok, napríklad v živom organizme. Jedným z hlavných cieľov chemického výskumu je preto objavovať nové reakcie s čo najvyššou presnosťou ‒ chemici by povedali s vysokou selektivitou (teda nevznikajú vedľajšie produkty) a výťažkom (teda väčšina reaktantov sa zmení na produkty).
Nobelovu cenu za chémiu za rok 2022 dostali Carolyn Bertozzi, Morten Meldal a K. Barry Sharpless práve za vývoj takýchto reakcií, konkrétne za klik chémiu a bioortogonálnu chémiu. K. Barry Sharpless ako skúsený syntetický organický chemik sníval o reakciách, ktoré by spĺňali niekoľko požiadaviek týkajúcich sa spomínanej selektivity a výťažku. Bol totiž unavený zo zložitých receptov bežných v organickej chémii. Ideálne by sa veľké molekuly dali poskladať z malých jednotiek, ktoré by do seba zapadli ako pracky – podľa tejto analógie nazval takéto reakcie klik chémiou (takže slovo klik tu neodkazuje na klikanie počítačovou myšou, ako by sme v dnešnej dobe očakávali, a ani na cviky).
V eseji z roku 2001, kde predstavil koncept klik chémie, síce spomenul niekoľko známych reakcií celkom dobre spĺňajúcich tieto požiadavky, ale stále to nebolo ono. K.B. Sharpless neskôr takúto reakciu objavil. Súbežne s ním na ňu natrafil aj dánsky chemik Morten Meldal v jednej z tých typických vedeckých situácií, kedy náhoda praje pripraveným. Ide o reakciu molekúl obsahujúcich azidovú skupinu (teda trojicu dusíkov spojených dvojitými väzbami, R-N=N=N, kde R je ľubovoľný zvyšok molekuly) a alkínovú skupinu (teda dvojicu uhlíkov viazaných trojitou väzbou, R’-C≡C). Tieto skupiny sa v prítomnosti malého množstva medi spoja do päťuholníka s troma dusíkmi a dvoma uhlíkmi vo vrcholoch. M. Meldal chcel pôvodne uskutočniť úplne inú reakciu, alkín sa mal spojiť s opačnou časťou molekuly, ale kliknutie s azidom vyhralo.
Vzniknuté päťuholníkové štruktúry (zvané triazoly) sú veľmi stabilné a môžu byť kostrou nových zaujímavých molekúl. Klik chémia sa tak stala nástrojom v akademických laboratóriach aj v priemysle. Tu prichádza na scénu tretia nositeľka tohtoročnej ceny za chémiu, Carolyn Bertozzi. Jej oblasťou nebola organická syntéza ale biochémia. Zaujímalo ju, čo sa deje na povrchu buniek s istými cukrami (glykanmi).
Uvedomila si, že klik chémia je presne nástroj, ktorý jej to umožní. Najskôr bunku nakŕmi cukrom s azidovou skupinou, na ktorú následne kliknutím pripojí alkín spojený so svetielkujúcou bielkovinou. Tú potom môže sledovať pod mikroskopom. Aby to celé fungovalo, musela prísť na spôsob, ako spojiť azid s alkínom bez medi, ktorá je pre bunky toxická. To bol začiatok bioortogonálnej chémie.
Bioortogonálna chémia je chémia, ktorá s biológiou… nemá nič spoločné. Alebo presnejšie, nechce mať. Slovo ortogonálna totiž znamená kolmá, ale bežne sa tiež používa vo význame nezávislá – kolmé úsečky majú na seba nulový priemet a teda sú lineárne nezávislé. Bioortogonálne reakcie teda prebiehajú v živých systémoch bez toho, aby zasahovali do ich funkcie.
To má obrovský potenciál pre štúdium biologických dejov priamo v organizmoch tak, ako to vymyslela C. Bertozzi, alebo na cielené podávanie liekov priamo do buniek, kde ich treba. Klik chémia je tak jednou z perspektívnych ciest k novým liekom proti rakovine.
Pre K. B. Sharplessa je toto druhá Nobelova cena za chémiu, predchádzajúcu dostal v roku 2001 (ten istý rok, v ktorom napísal článok o klik chémii) spolu s Williamom Knowlesom a Ryojim Noyorim (Rjódžim Nojorim) za asymetrickú syntézu, teda syntézu iba jednej z dvoch molekúl, ktoré sú vo vzťahu zrkadlových obrazov. To je notoricky ťažká úloha a ďalší z grálov organickej chémie. Iný prístup k nej (asymetrická organokatalýza) bol ocenený Nobelovou cenou minulý rok.
[Lukáš]PS: link na článok o minuloročnej cene: https://vedator.space/asymetricka-orgokatalyza/