Kataliza — nowe leki i nie tylko
Metateza olefinowa jest reakcją organiczną, podczas której następuje redystrybucja fragmentów alkenów (olefin) poprzez rozcięcie i odtworzenie podwójnych wiązań węgiel-węgiel. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat miał miejsce szybki rozwój katalizatorów tej reakcji. Z racji relatywnej prostoty metatezy olefinowej często uzyskuje się mniej niepożądanych produktów ubocznych i niebezpiecznych odpadów w porównaniu z innymi reakcjami organicznymi. W projekcie COMPUTEDRUG (Ab initio statics and molecular dynamics simulation of olefin metathesis catalysts for pharmacological purposes) badano katalizatory metatezy olefinowej, co doprowadziło do propozycji nowej generacji leków o udoskonalonych właściwościach aktywacji, niższych kosztach i większej stabilności. Uczestnicy projektu koncentrowali się na wyjaśnieniu roli katalizatorów metatezy olefinowej i mechanizmu ich aktywacji. Z użyciem map sterycznych można przewidywać, jaką architekturę powinien mieć katalizator metatezy olefinowej w przypadku poszczególnych substratów alkenowych. Ustalono, że względna stabilność związków metalocyklicznych jest czynnikiem krytycznym. Jeśli ten związek pośredni jest energetycznie niekorzystny, katalityczna metateza olefinowa nie zachodzi w warunkach normalnych. Ta wiedza umożliwiła przewidywanie nowej generacji katalizatorów poprzez podstawienie rutenu nietoksycznym i tańszym żelazem oraz podstawienie N-heterocyklicznego ligandu karbenowego innym ligandem ylidenowym. Aktywacja katalizatora metatezy olefinowej dostarczyła szacunkowych danych o wartości poszczególnych katalizatorów. Względna stabilność na etapie pośrednim między tzw. centralnym związkiem metalocyklicznym a poprzedzającym jego powstanie koordynacyjnym związkiem pośrednim jest wystarczającym wskaźnikiem do oceny, czy reakcja metatezy olefinowej zajdzie. Wnikliwe badanie procesu dezaktywacji pomogło ustalić, jakie rodzaje substytucji nie są odpowiednie do katalizy metatezy olefinowej, jako że uzyskany katalizator byłby niestabilny i uległby degradacji. Badanie etapu warunkującego szybkość reakcji rozpadu wystarczy do oceny, czy będą one konkurowały z typową reakcją metatezy olefinowej. Symulacje komputerowe przeprowadza się obecnie dość często w ocenie nowych molekuł i porównywaniu ich aktywności z istniejącymi katalizatorami, co pozwala oszczędzić zasoby wymagane do doświadczeń i syntetyzowania setek potencjalnych katalizatorów, które mogłyby okazać się nieaktywne. Udoskonalona synteza leków makrocyklicznych szybko znajdzie liczne zastosowania, w tym w leczeniu zapalenia wątroby. Nowe techniki będą użyteczne nie tylko w farmakologii, lecz również w innych działaniach, w tym katalizie złotem, wychwytywaniu dwutlenku węgla i wodorowaniu.
Słowa kluczowe
Kataliza, olefina, metateza olefin, COMPUTEDRUG, metalocykliczny, farmakologia
