"Czasami w takim wypadku mówi się, że to przypadek. My mówimy raczej, że to przypadek kontrolowany" - tak odkrycie, za które w środę przyznano Nobla z dziedziny chemii, komentuje prof. Anna Trzeciak z Uniwersytetu Wrocławskiego. Nagrodę otrzymali Amerykanin Richard Heck z University of Delaware oraz Japończycy Ei-ichi Negishi z Purdue University i Akira Suzuki Hokkaido University. Wyróżniono ich za odkrycie metod wykorzystania palladu dla syntezy skomplikowanych cząsteczek organicznych.

Grzegorz Jasiński: Dlaczego skomplikowane związki organiczne, z którymi natura sobie radzi, potrafi je wytwarzać, były dla człowieka zbyt skomplikowane, musiał szukać nowych sposobów, by je syntetyzować?

Anna Trzeciak: Trudno wszystkie takie związki wydzielić na przykład z roślin. Musielibyśmy bardzo dużo mieć tych naturalnych surowców. W naturze ta synteza, jak sądzę, wcale nie jest taka prosta. Ona na pewno też jest wieloetapowa i na pewno też jest wystarczająco skomplikowana. Ja myślę, że nam się tylko wydaje, że natura tak bardzo prosto to wszystko otrzymuje, bo widzimy produkt końcowy.

Grzegorz Jasiński: A nie było by łatwiej podpatrzeć naturę niż wymyślać samemu?

Anna Trzeciak: Chyba nie. Ja sobie na przykład nie bardzo wyobrażam, żeby to było możliwe. Wyobrażam sobie, że można ewentualnie te gotowe związki wydzielać, wykorzystując naturę w ten sposób. Natomiast naśladować syntezę, która w naturze występuje to nie wiem. To co się robi przy pomocy reakcji katalitycznych wcale nie jest bardziej skomplikowane.

Grzegorz Jasiński: To porozmawiajmy o węglu. Dlaczego to dołączenie kolejnych atomów węgla jest tak trudne?

Anna Trzeciak: Zwykle nie rozważamy reakcji samego węgla. Połączenia węgla to fulereny, grafit czy diament - to jest czysty węgiel. No i wtedy to jakoś się otrzymuje. Natomiast ja myślę, że pan ma na myśli raczej chyba trochę bardziej skomplikowane związki.

Grzegorz Jasiński: Oczywiście.

Anna Trzeciak: Węgiel nie jest specjalnie reaktywny. Może dobrym przykładem byłaby tutaj reaktywność benzenu. Benzen to jest dość prosty węglowodór, aromatyczny, który oczywiście ulega różnym reakcjom chemicznym, ale połączyć dwa pierścienie benzenowe, to byłoby dosyć trudno.

Grzegorz Jasiński: W jaki sposób pomaga wykorzystanie metali w tym szczególnym przypadku palladu?

Anna Trzeciak: Tutaj wykorzystuje się zdolność metalu do aktywowania wiązań. Ta cząsteczka, która jest małoreaktywna, niechętna do reakcji, ona pod wpływem działania katalizatora się aktywuje czyli staje się bardziej reaktywna. Trzymając się tej analogii benzenu, to z benzenem byłoby trudno, ale w przypadku tej chemii, która została nagrodzona, to wykorzystuje się pochodne halogenowe czyli jest pierścień aromatyczny z jednym atomem na przykład chloru, bromu albo jodu. To wiązanie węgiel-halogen aktywuje np. pallad czy inny metal. I wtedy otrzymujemy już taką formę, która jest znacznie bardziej podatna do tego, żeby połączyć się na przykład z drugą podobną czy z jakąś inną.

Grzegorz Jasiński: W jaki sposób możemy rozumieć na czym polega ta aktywacja?

Anna Trzeciak: Jeżeli mamy halogenopochodną czyli powiedzmy chlorobenzen, to w przypadku aktywowania chlorobenzenu przez związek palladu otrzymujemy formę, w której do palladu przyłączony jest osobno pierścień benzenowy, a osobno ten chlorek czyli ta cząsteczka rozpada się na dwa fragmenty. I te dwa fragmenty potem są przyłączone do palladu. I to powoduje, że jeśli tam się znajdzie następny reagent, to on już dużo łatwiej może się przyłączyć do... no w tym wypadku chodzi o reakcję tego pierścienia benzenowego.

Grzegorz Jasiński: Na czym polegał sukces, przełom, to odkrycie, za które dziś trzy osoby otrzymały nagrodę Nobla. Co trzeba było zrobić i co wymyślić, żeby można było wpaść na pomysł, że wykorzystanie palladu w tym przypadku pomoże?

Anna Trzeciak: Czasami w takim wypadku to się mówi, że to przypadek. My mówimy raczej, że to przypadek kontrolowany, tzn. niewątpliwie w tych laboratoriach trzech wybitnych chemików pracowano nad chemią metaloorganiczną czy syntezą organiczną z udziałem związków metali. Myślę, że w serii różnych eksperymentów po prostu zauważono niezwykłą reakcję czyli związki, które normalnie ze sobą nie reagują w obecności palladu przereagowały. Ta obserwacja była kluczowa.

Grzegorz Jasiński: Wiemy, że te reakcje mają wielkie zastosowanie w przemyśle do tworzenia leków, ale jakie te odkrycia miały znaczenie dla postępu chemii?

Anna Trzeciak: One otworzyły drogę do bardzo wielu syntez czyli bardzo rozwinęły możliwości syntetyczne. Te związki, które można otrzymywać w tych reakcjach mają szereg zastosowań, można otrzymywać leki czy środki ochrony roślin czy środki zapachowe. Ale można oczywiście te związki otrzymać w naturalny sposób, ale syntetycznie na drodze często wieloetapowej, złożonej syntezy chemicznej, to jest synteza organiczna. Natomiast zauważenie, że można te same produkty otrzymać w krótszej syntezie, to to jest takie przełomowe i takie ważne. W krótszej i w pewnym sensie prostszej.

Grzegorz Jasiński: Pani profesor sama pracuje nad tego typu reakcjami. Chciałbym zapytać o to jak one w praktyce laboratoryjnej wyglądają? Tak najprościej mówiąc. Gdzie to się odbywa, bo czytamy tutaj, że to tak symbolicznie jest probówce, ale jak praktycznie w laboratorium takie doświadczenie wygląda?

Anna Trzeciak: Właśnie ono wcale nie jest trudne, prawdę mówiąc. Każda z tych reakcji, to jest reakcja dwóch reagentów ograniczyć czyli mamy jakieś dwa substraty, trochę związków palladu, w tym wypadku pallad rzeczywiście jest najlepszy, no im mniej tego związku, tym lepiej i zwykle te reakcje się prowadzi w roztworze. To czym się kierujemy w tej chwili to to, żeby te rozpuszczalniki, które są używane do reakcji były jak najbardziej przyjazne dla środowiska. A to czasem może być nawet woda, co może się wydaje zaskakujące. Na przykład reakcja Suzuki bardzo dobrze przebiega w wodzie w niektórych układach, także to już jest bardzo dobrze. No i zwykle tą mieszaninę trzeba trochę ogrzać. Są przykłady, gdzie ta reakcja biegnie już w temperaturze pokojowej, także właściwie proste.