klikk-kémia
(click kémia, click chemistry, click reakció)
A kombinatorikus- és zöldkémián alapuló kémiai filozófia, melynek alapgondolata az anyagok moduláris felépítését vizsgálja.
K. Barry Sharpless professzort a természetben végbemenő bioszintézisek ihlették meg, melyek során egyszerűbb részegységekből (modulokból) enyhe körülmények között állnak elő bonyolultabb molekulák. 2001-ben publikált elméletében ezeknek a természetes folyamatok által ihletett szintéziseknek a kifejlesztését tűzte ki célul.
Legfontosabb előnyei a hagyományos szintetikus módszerekhez képest:
- széleskörű alkalmazhatóság
- magas kitermelés
- veszélytelen köztitermékek
- sztereospecifitás
- enyhe reakciókörülmények
- kész állapotban elérhető alapanyagok és reagensek
- oldószermentes közeg, vagy nem ártalmas oldószer (pl. víz)
- egyszerű tisztítás átkristályosítással vagy desztillációval, preparatív kromatográfia nem szükséges
- stabil reakciótermékek
- nagy termodinamikai hajtóerő
- magas atomhatékonyság
- vízre és oxigénre nem érzékeny.
A click reakciók szabadentalpia-változása definíció szerint legalább -84 kJ/mol.
Manapság már jóval megengedőbb a tudományos élet és azokat a reakciókat is clicknek nevezik, amelyek ezen feltételek közül csupán néhányat teljesítenek.
Szinte bármilyen funkciós csoporttal működik, kivéve azokkal, amik önmagukkal reagálnak, vagy stabil komplexet képeznek réz(I)-gyel.
A fő reagáló csoportok terminális azidok és alkinek, aktivált cianidok, de reakcióba vihetőek szabad tiolok (Staudinger-reakció) és csavart, vagy elektronosan aktivált alkének.
A réz(I)katalizátor mellett kísérleteztek Ru(II) katalizátorokkal, rézklaszterekkel és szubsztituált ciklooktinekkel is, melyeknek a gyűrűfeszültsége biztosítja a katalitikus hatást. Ez utóbbi, fémmentes katalizátor lehetővé teszi a reakció véghezvitelét fiziológiás körülmények között is.
Részletesebb vizsgálat megállapította, hogy a ligandumoktól függő kinetikus hatás mutatkozik a katalizátoroknál, mégpedig a több ligandum gyorsítja a reakciót. Ezt egyfelől a réz(I)-acetilid képződésével magyarázták, másrészt azzal, hogy a ligandumok koordinációja visszaszorítja a réz oxidációját, jelenlétük egyúttal visszaszorítja a nem kívánt mellékreakciókat.
Mikrohullámú besugárzás elősegíti a reakciók végbemenetelét, ám egyúttal az 1,4-addíciót és a mellékreakciókat is gyorsítja.
A legismertebb clickátalakulás, a Huisgen-cikloaddíció feltételezett mechanizmusa az ábrán látható.
A click reakciók egyik fő típusa a tiszta fúziós folyamat, melynek során a keletkező molekula összegképlete megegyezik a modulok összegével, azaz az atomhatékonyság 100%.
Két fő típusuk van:
-
az egyikben protonátmenet megy végbe (pl. epoxid gyűrű felnyitása) és ennek megfelelően kifejezetten kedvező számára a vizes közeg
- a másik fajta fúziós folyamat során egyetlen szigma-kötés sem szakad fel és hatásfoka az oldószer anyagi minőségétől is kevéssé függ.
2022-ben Carolyn Bertozzi, Morten Meldal és Barry Sharpless kapta a kémiai Nobel-díjat a bioortogonális kémia megalapításáért és klikk-kémia kidolgozásáért.