Asimetrik Organik Sentezde Simetri Kırılması: Kagan ve Soai Nobel Ödülüne Layık Görüldü

Paris-Sud Üniversitesi’nde kimya profesörü Enri Kagan ile Tokyo Bilim Üniversitesi’nde kimyacı Kenzo Soai, bu yılın Nobel Kimyası Ödülünü “asimetrik organik sentezde doğrusal olmayan etkiler ve otokataliz keşfi” için kazandı. Karolinska Enstitüsü’nün Nobel Komitesi, ödülü bugün (7 Ekim) açıkladı.

the-scientist sitesinde yayımlanan habere göre, laureatların keşifleri yalnızca bir ayna görüntüsüne—molekül chirallığına—sahip kimyasal reaksiyonlar tasarlamaya yol açtı. Bu gelişme, ilaç üretiminde kritik önem taşıyor: İlacın bir varyantı terapötik etki gösterirken diğerinin gereksiz ve çoğu zaman zararlı yan etkiler verebiliyor. Örneğin 1960’larda talidomid‘in ayna görüntüsü molekülü binlerce çocukta ciddi doğum kusurlarına yol açtı.

Bu yılın ödülünün “temel kimya” üzerine olduğu vurgulayan Nobel Kimyası Komitesi Başkanı Heiner Linke, laureatların keşiflerinin, başka kiral moleküllerin katılımı olmadan reaksiyonun kendiliğinden yalnızca bir ayna görüntüsünü oluşturmasına olanak tanıdığını söyledi. “Hayatın chirallığına yol açan süreçler milyarlarca yıl önce gerçekleştiği için bu ilk kez böyle oldu,” dedi.

El ve sağ el molekülleri arasında eşitsiz miktar üreten asimetrik sentez fikrinin tohumları 19. yüzyılın ortalarında atıldı. 1857’de Louis Pasteur, tartarik asidin enantiomerlerini (birbiriyle özdeş olmayan ayna görüntüsü molekülleri) çözeltiye aldı ve bakterilerin fermantasyonuna bıraktı. Bakterilerin ışığı sağa kıran tartarik asit enantiomerini tercih ettiğini, ancak ayna görüntüsü molekülünü tercih etmediğini keşfeden Pasteur, hayatın kimyasının kiral olduğu fikrinin temellerini attı.

Araştırmacılar hayatın yapı taşlarını inceledikçe, bunların da tek bir chirallığı tercih ettiğini gördüler: Doğal olarak bulunan amino asitler ışığı sola, DNA’daki şekerler ise sağa kırar. “Bildiğimiz şekilde hayat homokiraldir,” diye ekledi Linke.

Homokiralite Kimyasal Laboratuvarlara Taşınıyor

Laboratuvardaki deney reaksiyonları kimyacıların her zaman iki enantiomerin eşit karışımını vermesi, hayatın kimyasının tek elle nasıl oluştuğu sorusunu akıllara getirdi. 1900’lerin başında kiral Willy Marckwald, bir reaksiyonda katalizör kullanarak tek ayna görüntüsü molekülünün üretimini çok az da olsa artırdı.

Bu gelişmenin üzerine kurulan, başka bir Nobel Ödülü kazanan çalışma ile araştırmacılar önemli ölçüde tek ayna görüntüsü molekülü üreten reaksiyonlar tasarladı. Kagan bunu katalizörleri çalışarak daha da geliştirdi. 1980’lerin sonunda, katalizörün tek enantiomerini sol ve sağ enantiomerlerin karışımıyla değiştirerek ürün içindeki enantiomerlerden birinin oluşumunu artırdı.

Aynı dönemde Soai bu fikri daha da ileri taşıdı. 2003’te, fazla miktarda bir el ürünü oluşturan ve ardından kendini kopyalayan nihayetinde ürünün neredeyse %99,99’unu oluşturacak kadar büyüyen kimyasal bir reaksiyon sundu.

Kagan ve Soai’nin deneylerinden elde edilen bilgiler, kimyacıların en saff mümkün istenen enantiomeri üreten reaksiyonları optimize etmelerine yardımcı oldu. Bu özellikle tarım kimyasallarını, aromaları, kokuları ve ilaçları üreten şirketler için büyük önem taşıyor.

Kagan ve Soai’nin doğrusal etkiler ve otokataliz konusundaki öncü çalışmasının, chirallığın kendini nasıl çoğalttığını gösterdiğini belirten Dawn George, “Bu çalışmalar kiral ilaç molekülleri üretmek için kimyacılara daha sağlam bir temel sağladı,” dedi. Kimya Topluluğu’nun (American Chemical Society) bir bölümü olan CAS’in geçici baş bilim sorumlusu George, bu görüşünü The Scientist’a e-posta ile iletti.