TLDR: Popsána nová chemická reakce, která umožňuje upravovat komplexní molekuly až na konci jejich přípravy pomocí světla. Je rychlejší, čistší a vznikla… omylem. Studie tuna.

Chemie je všude kolem nás i v nás samotných, a přesto toho o ní pořád hromadu nevíme! Vzhledem k tomu, že jsme doslova jenom smočili nehty v možném množství sloučenin, je před námi nejspíše skryto i hodně dosud neznámých chemických reakcí. Nyní si však můžeme odšrtnout jednu další známou!

V rámci pokusů na Cambridge totiž popsali novou zvanou anti-Frieldel-Crafts, která je variací klasické Friedel-Crafts reakce – a jenž by navíc mohla mít i zajímavé praktické důsledky pro přípravu (nejen) léčiv.

„OK, popiš mi to, jako kdybych byl degen…“

V chemii často platí pravidlo, že čím složitější molekula, tím dřív je nutno do ní zasahovat. Jakmile je „hotová“, úpravy jsou extrémně složité, pomalé a často znamenají začít znovu. Což je z logických důvodů poněkud na pendrek.

Cambridge teď tohle pravidlo ale v podstatě otočil. Nová reakce, označovaná jako „anti-Friedel–Crafts“, dle autorů umožňuje upravovat molekuly až v pozdní fázi vývoje. Tedy ve chvíli, kdy už máš téměř hotový lék.

Klasická Friedel–Crafts chemie totiž vyžaduje tvrdé podmínky, toxické reagenty a často i kovové katalyzátory. Proto se používá na začátku syntézy. Pak následuje dlouhý řetězec kroků, který může trvat měsíce. Nový přístup je úplně jiný.

Místo agresivní chemie stačí LED světlo při pokojové teplotě.

„Co se díky tomu světlu stane?“

Klasický Friedel–Crafts funguje tak, že elektronově bohatý aromát reaguje s elektrofilem (něčím hladovým po elektronech), takže reakce probíhá tam, kde je na kruhu nejvíc elektronů. Tady to autoři otočili – vytvoří pomocí světla alkylový radikál, který je naopak elektronově bohatý (nukleofilní). Ten pak neútočí na bohatá místa, ale naopak si hledá nejvíc elektronově chudé (elektrofilní) místo na aromátu – proto „anti-Friedel–Crafts“.

Tenhle radikál vzniká z tzv. phthalimidového esteru, který po ozáření vytvoří komplex a rozpadne se. Výsledný radikál pak selektivně alkyluje i elektronově chudé aromáty, což je jinak obtížné! A co s tím má společného to světlo? Klíč je v tom EDA komplexu (electron donor–acceptor). Onen phthalimidový ester funguje jako akceptor a aromát (nebo jiná složka v systému) jako donor. Když se spojí, vytvoří slabý komplex, který absorbuje světlo. Po ozáření světlem dojde k přenosu elektronu uvnitř toho komplexu (donor → akceptor).

Tím se phthalimidový ester „nabije“ a rozpadne se (fragmentuje) – konkrétně se odštěpí CO₂ a vznikne alkylový radikál. Takže světlo tam není jen „zahřátí“, ale přímo spouští elektronový transfer, který rozbije vazbu a vytvoří ten reaktivní radikál, co pak útočí na aromát.

„Zajímavý. V čem to má výhody?“

Výhoda je, že reakce probíhá za mírných podmínek, bez kovů a funguje i na složitých molekulách (třeba léčivech), kde je potřeba přesně trefit konkrétní pozici. Jinak řečeno, spustí to řetězovou reakci, která vytváří klíčové uhlík–uhlík vazby – tedy základní stavební kameny většiny organických molekul. A bez drahých kovů a bez toxického odpadu.

V praxi to znamená, že chemici nemusí molekulu rozebrat a znovu složit. Můžou ji prostě doladit. Testovat varianty rychleji, levněji a s menším environmentálním dopadem i nižší cenou pokusů. Reakce je navíc vysoce selektivní. Umí změnit jednu část molekuly, aniž by rozbila zbytek. To je v medicinální chemii klíčové, protože i malá změna může rozhodnout, jestli lék funguje – nebo má vedlejší účinky.

Ironií osudu přitom objev vznikl omylem – výzkumník David Vahey prý testoval reakci s fotokatalyzátorem, v kontrolním experimentu ho ale odstranil – a reakce stejně fungovala. Dokonce někdy lépe. A místo toho, aby to zahodil jako error, začal to zkoumat!

Budiž to všem z nás, kterým rodiče říkali, že jsme vznikli omylem, krásnou připomínkou, že právě omylem často vznikají ty nejlepší věci!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]