Discodermia dizolva
Chimia organică sa născut la mijlocul secolului al XIX-lea. Una din primele reacții a fost producerea de etanol din acidul acetic de către Adolphe Kolbe.
Astazi, chimistii pot sintetiza chiar si astfel de monstri ca palitoxina
Datorită lucrărilor câștigătorilor actuali, discodermolida a fost sintetizată în laborator - și, probabil, vom avea în curând încă un mijloc de combatere a cancerului
Richard Heck a experimentat utilizarea paladiului ca catalizator pentru reacțiile de sinteză organică și pentru prima dată a fost capabil să obțină, de asemenea, stiren printr-o astfel de transformare
Civilizația modernă, industria și tehnologia acesteia necesită compuși chimici tot mai complexi, cu proprietăți din ce în ce mai rare. Pacienții au nevoie de medicamente care vindecă boli grave. Industria electronică este materialele care emit lumină. Agricultura - insecticidul unei noi generații.
Chimiștii nu trebuie să ratezi: toate cererile trebuie să se răspundă, caută modalități de a sintetiza molecule mai sofisticate. În acest domeniu, care lucrează o întreagă armată de specialiști, în special în domeniul chimiei organice de sinteză, și întreaga armată cu apreciere se referă la laureați ai premiului Nobel actuale, dintre care rezultatele au făcut munca mai ușoară și mai eficientă.
Totul a început complet în mod neașteptat. La sfarsitul anilor '80 scafandrii in Marea Caraibelor, la o adancime de 33 m, au adunat un organism interesant, biscuitii Discodermia dizolvati. Aceste creaturi mici și ciudate nu au ochi și gură, stomac și oase. Ei nu se pot mișca, par primitivi, dar sunt plini de toate aceste dezavantaje cu abilități în domeniul chimiei sintetice. Bureții se disting prin capacitatea de a primi molecule mari și complexe pe care nu le utilizează alte ființe vii. Acești compuși îi ajută să se apere împotriva dușmanilor, ca repelente și otrăvuri eficiente. De asemenea, atrage oamenii de știință care, prin extragerea unor astfel de substanțe din bureți, creează noi antibiotice, compuși antivirali și antiinflamatori pe baza lor.
În acest caz, prima substanță care ar putea fi izolată de Discodermia dizolva. au devenit discodermolide. care astăzi este considerat un mijloc foarte promițător de chimioterapie: printre altele, acest compus în cursul testelor de laborator a arătat capacitatea de a bloca creșterea culturii celulelor tumorale.
Oamenii de știință au angajat mai mult studiile discodermolidei și au arătat exact ce sunt explicate aceste proprietăți citostatice. Sa dovedit că acționează aproximativ la fel ca deja cunoscutul paclitaxel. care sub numele de Taxol este utilizat pe scară largă în oncologie - adică întreruperea activității citoscheletului și suprimarea procesului de diviziune celulară. Pe această poveste s-ar putea termina: discodermolida ar fi trebuit să treacă printr-un proces în mai multe etape de studii clinice, iar sub un anumit nume, ar fi plecat la farmacii. Dar pe această cale a apărut o problemă.
Discodermolide dovedit a fi extrem de dificil pentru structura compusului organic și se extrage-l pe scară industrială de burete sărac - obiectiv nerealist. A fost necesar să găsim o modalitate de a sintetiza în mod artificial. Din fericire, această metodă a fost găsit foarte repede - datorită muncii de chimiști Richard Heck (Richard Heck), Eiichi Negishi (Eiichi Negishi) și Akira Suzuki (Akira Suzuki), care a investigat posibilitatea de a folosi un catalizator de paladiu reacții de cuplare încrucișată.
Aceasta este o clasă destul de largă de reacții organice, constând în combinarea radicalilor de hidrocarburi prin "medierea" metalului. Aceasta poate fi combinația a două hidrocarburi diferite cu formarea unui nou, sau două identice cu formarea unei molecule dimerice. Variantele de combinații încrucișate sunt noii câștigători ai lui Heck. Reacția lui Negishi și reacția lui Suzuki. Pentru prepararea artificială a discodermolidei, răspunsul central a fost Negishi, care, după o anumită optimizare, a reușit să-și aducă în minte - și să procedeze la studiile clinice ale unui viitor medicament antitumoral.
Este clar că povestea discodermolidei este doar un exemplu al consecințelor cercetării științifice a chimiștilor asociate cu utilizarea catalizatorilor de paladiu în sinteza organică. Importanța acestui domeniu pentru știință și pentru întreaga omenire poate fi spus chiar prin faptul că, pentru lucrarea privind sinteza organică, Premiul Nobel este premiat pentru a șasea oară.
Cuplare încrucișată cu catalizatori de paladiu sau dovedit a fi deosebit de eficient instrument de sinteză, inclusiv, deoarece aceste reacții au loc în condiții relativ blânde, fără a necesita temperaturi extreme și alte influențe. Dacă fără ele, pentru a conecta cele două lanțuri de hidrocarburi este necesară, de exemplu, tratamentul agenților foarte activi care acționează fără discernământ și conduc la formarea unei mase de produse secundare, reacția este foarte selectiv, și aproape bijuterii.
Atomii de paladiu acționează ca "loc de întâlnire" pentru catenele hidrocarbonate individuale, care sunt separate una de alta la o distanță suficient de apropiată, astfel încât să aibă loc o reacție de sinteză între ele. După aceea, se eliberează paladiu - și poate participa din nou la o nouă reacție.
Pe o astfel abilitățile paladiul vorbind înapoi în 1950, atunci compania chimică germană Wacker Chemie AG a început cu succes să-l folosească în producție, ca un catalizator de acetaldehidă din sinteza etilenei (acetaldehidă utilizat pentru prepararea coloranților, mase plastice, și o varietate de compuși organici, număr de acid acetic). În acei ani, Richard Heck a lucrat în industria chimică, dar de cealaltă parte a oceanului, în Statele Unite. Compania sa, la fel ca mulți alții, a fost extrem de interesat de modul în care funcționează procesul de rivalii germani, și dacă nu există nici o modalitate chiar mai mult pentru eficiente.
Pentru a înțelege importanța muncii lui Hake, să ne amintim de elementele de bază ale chimiei. Atomul oricărui element este un nucleu extrem de mic în volum încărcat pozitiv, care este înconjurat de electroni încărcați negativ. Electronii își asumă stările de energie corespunzătoare, denumite condițional numite orbitale atomice. Pe masura ce masa si dimensiunea atomului cresc, numarul de electroni din el creste, ceea ce umple complet o orbita. treci la următoarea, mai multă energie.
Din punctul de vedere al chimiei, numai cel mai recent orbital este de cel mai mare interes, deoarece ea determină ce reacții intră elementul. Cei care au o orbită externă umplută cu electroni doar puțin până la capăt, tind să completeze această umplere și să selecteze electroni de la vecini, prezentând proprietățile oxidante ale metalelor. În schimb, dacă orbita exterioară tocmai a început să umple și este mai ușor să dea 1-2 electroni decât să recruteze altele noi, atunci atomul prezintă proprietăți de reducere și participă la reacție ca metal activ.
Reacțiile substanțelor organice sunt în mare măsură determinate de proprietățile principalelor lor componente - carbon, oxigen și azot. Cochilia lor exterioară "tinde" să umple complet până la 8 electroni.
Prin ea însăși, carbonul are doar 4 electroni în orbitalii exterioare și se angajează la formarea de legături covalente, care ar putea să fie de a le da sau a lua in plus 4. De exemplu, în cel mai simplu metan compus organic. un atom de carbon este legat cu 4 atomi de hidrogen, „separare“ electroni cu ei și umplând complet orbitei exterior. Atomul este "complet mulțumit".
Atunci când chimistul utilizează același metan în sinteza altor compuși, trebuie să găsească o cale de a păcăli acest „pe deplin satisfăcut de“ transfer de atom de ea prin bariera de energie, astfel încât el a fost „în căutarea pentru un mod“ la # 8209, iar cealaltă să se ocupe cu orbitala său exterior. Pentru a depăși bariera poate fi folosit diverse moduri - de exemplu, influența ultraviolete, căldură sau descărcări electrice, chiar (sau toate acestea simultan). Dar o astfel de abordare frontală este aplicabilă în laborator, dar nu în industrie, unde necesită costuri imense.
Prin urmare, în 1912, Comitetul Nobel a onorat meritele chimistului francez Victor Grignard. care a găsit prima dată o modalitate elegantă de a "înșela" carbonul și de ai face să reacționeze - utilizați un catalizator de metal, magneziu. Având doar doi electroni pe orbita exterioară, magneziul le dă cu ușurință carbonului și acționează ca un partener de reacție foarte atractiv.
Dacă luăm un exemplu al aceluiași metan, atunci în loc să împărțim atomii cu hidrogen, carbonul poate trage înapoi o pereche de electroni de magneziu, în general, aproape în întregime luându-i. Dar acest lucru este cu adevărat un truc dificil: atomul de carbon devine un ion, deoarece există un dezechilibru între miezul încărcat pozitiv și carcasa electronică, care primește un avantaj în două puncte. Acest dezechilibru face ca atomul să fie "agresiv", așa cum spun chimistii, atacă alți atomi de carbon și formează o legătură covalentă cu ei.
Reacția lui Grignard a devenit un instrument important al chimiei organice și al industriei chimice. Cu aceasta, oamenii de stiinta si tehnologii au reusit sa sintetizeze o masa de compusi organici. Cu toate acestea, în cazul compușilor deosebit de mari și complexe, utilizarea reactivilor Grignard, formată din magneziu și materii organice, sa confruntat cu o serie de dificultăți. Atunci când apar o serie de oportunități înainte ca carbonul descris "înșelat și agresiv", care atacă de alți cărbuni, nu ezită mult timp și este acceptat pentru oricine sa dovedit a fi destul de aproape. Ca rezultat, se formează un număr foarte mare de compuși diferiți și ridicole, iar randamentul solicitat este prea mic.
Această problemă este rezolvată prin utilizarea unui catalizator mai eficient - paladiu, bazat pe Richard Heck. În 1977, pornind de la lucrarea lui Hake, Eichi Negishi a creat un fel de variantă de reactivi Grignard, în care sa folosit zinc în locul magneziului. Acest lucru nu face ca carbonul să devină mai activ, dar aici vine al doilea participant al reacției, un alt radical organic, combinat cu iod și paladiu. Interactiunea aceste grupuri, ele sunt orientate astfel încât o pereche de carbon „găsit“ de paladiu suficient de aproape instantaneu trecut reacție între ele (vezi. Stânga grafic).
Câțiva ani mai târziu, Akira Suzuki a înlocuit zincul cu un bor mai moale și mai puțin toxic. Acest lucru a permis o utilizare mult mai largă și mai ușoară a tehnologiei în industrie. Astăzi, cu ajutorul reacției Suzuki, se sintetizează mii de tone de compuși diferiți, de exemplu, fungicide pentru agricultură. Aplicând aceste metode a fost posibil să sintetizeze chiar un dinozaur real al chimiei organice, o moleculă otrăvitoare de palitoxină. inclusiv 129 atomi de carbon, 223 hidrogen, 3 azot și 54 oxigen.
Trimiteți-le prietenilor: