Χημεία

Ποια είναι η πιο αποκρουστική οσμή στον κόσμο όλο; Το αποσυντιθέμενο ψάρι; Οι αναθυμιάσεις των διυλιστηρίων; Ή το εκτοξευόμενο έκκριμα της μεφίτιδας; Για πολλούς οργανικούς χημικούς, τα πρωτεία κατέχει μια οικογένεια αζωτούχων οργανικών ενώσεων που καλούνται ισονιτρίλια. Η εν λόγω ομάδα ουσιών «δεν σε αηδιάζει απλώς· σε κάνει να ξερνάς στη στιγμή», δήλωσε ο Luca Turin, εξέχων θεωρητικός σχετικά με τη λειτουργία της όσφρησης, αλλά και πρωταγωνιστής στο βιβλίο The Emperor of Scent του Chandler Burr το οποίο κυκλοφόρησε το 2003. Αν, μάλιστα, λάβετε υπόψη σας ότι για τη σύνθεση των ισονιτριλίων απαιτείται το αέριο φωσγένιο, ένα δύσοσμο χημικό όπλο γνωστό ήδη από τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο, μην καταπλήσσεστε από το ότι πολλοί ερευνητές αποφεύγουν τούτες τις επιβλαβείς και ασταθείς ουσίες παρά την εγνωσμένη χρησιμότητά τους στην ανακάλυψη φαρμάκων, στη σύνθεση πολυμερών και αλλού.

Παρ’ όλα αυτά, η κατάσταση πρόκειται να αλλάξει, και μάλιστα σύντομα: Πρόσφατα, δύο ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Ριβερσάιντ προχώρησαν στη σύνθεση εύοσμων ισονιτριλίων τα οποία όχι μόνο είναι εξίσου λειτουργικά όπως τα δυσώδη συγγενικά τους αλλά και ασφαλέστερα κατά την παραγωγή τους. Τα αρώματα των νέων αυτών ουσιών θυμίζουν σόγια, βύνη κριθαριού, παλαιωμένο ξύλο, κεράσι ακόμη και καραμέλα βουτύρου, αναφέρουν στο Journal of the American Chemical Society ο χημικός Michael Pirrung και ο μεταδιδακτορικός του συνεργάτης Subir Ghorai. «Πρόκειται για ενώσεις τόσο εύκολες στη σύνθεση και τόσο εύχρηστες ώστε θα βρουν ευρύτατη εφαρμογή», προβλέπει ο Pirrung.

«Τα ισονιτρίλια έλκουν το ενδιαφέρον των οργανικών χημικών, διότι μέσω αυτών καταφέρνουν να συνενώνουν τρεις ή περισσότερες άλλες χαρακτηριστικές ομάδες ―ειδικά σύνολα ατόμων τα οποία επιδεικνύουν χαρακτηριστική δραστικότητα», εξηγεί ο Bruce Ganem, ειδικός στη συνθετική οργανική χημεία στο Πανεπιστήμιο Cornell. Με τις περισσότερες άλλες ουσίες που χρησιμοποιούνται για τέτοιο σκοπό είναι εφικτή η συνένωση δύο μόνο αντιδραστηρίων τη φορά. Η σπάνια ικανότητα των ισονιτριλίων αποδεικνύεται ιδιαίτερα πολύτιμη στη συνδυαστική χημεία, απαραίτητη για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων, όπου επιζητείται η γρήγορη δημιουργία πολλών διαφορετικών χημικών ενώσεων ως αντιστάθμισμα στις μηδαμινές πιθανότητες να ανακαλυφθεί κάποιο χρήσιμο φάρμακο. «Οι ερευνητές αναμειγνύουν παραλλαγές κάμποσων αντιδραστηρίων, ακολουθώντας ένα πρότυπο μήτρας, προκειμένου να παράγουν μεγάλες βιβλιοθήκες νέων χημικών ενώσεων, οι οποίες ακολούθως σαρώνονται για την αποτελεσματικότητά τους κατά συγκεκριμένων ασθενειών», σημειώνει το Ganem.

Το ιδανικό για όσους εργάζονται σήμερα στη σύνθεση φαρμακευτικών ουσιών είναι η παραγωγή προϊόντος μέσω μίας και μοναδικής διαδικασίας, η οποία να ξεκινά με διάφορες αντιδρώσες πρώτες ύλες και με όλα ή τα περισσότερα από τα παρόντα άτομα να συμβάλλουν στο τελικό προϊόν. Το ασυνήθιστο με τα ισονιτρίλια, υποστηρίζει ο Ganem, είναι ότι με ένα εξ αυτών καθίσταται εφικτή μια αντίδραση αυτοεξελισσόμενη προς κάποια πιο ολοκληρωμένη κατάσταση, για την οποία αντίδραση ο χημικός απλώς ανακατεύει μερικές ενώσεις και το ισονιτρίλιο αναλαμβάνει να κατευθύνει μια τακτική ακολουθία απαραίτητων υποαντιδράσεων. «Σαν ντόμινο», εξηγεί, «πρώτα απελευθερώνει μια χαρακτηριστική ομάδα από το συστατικό Α, το οποίο αντιδρά και πυροδοτεί την απελευθέρωση κάποιας άλλης χαρακτηριστικής ομάδας από το συστατικό Β, και ούτω καθεξής μέχρι να έρθει η κατάλληλη στιγμή ώστε το κάθε συστατικό να μπει στο χορό.»

Ειδικότερα, με τα ισονιτρίλια πραγματοποιούνται δύο πολύ γνωστές οργανικές αντιδράσεις, οι αντιδράσεις Ugi και Passerini, από τις οποίες προκύπτουν βιομορφικά μόρια με δεσμούς οι οποίοι μοιάζουν αρκετά με τους πεπτιδικούς δεσμούς των πρωτεϊνών ή των πεπτιδίων, και ως εκ τούτου μιμούνται συχνά τις λειτουργίες των φυσικών πεπτιδίων.

Οι Pirrung και Ghorai βρήκαν τυχαία τις νέες εκδοχές των ισονιτριλίων. «Από τη βιβλιογραφία», αφηγείται ο Pirrung, «γνώριζα κάποια διαφορετική μέθοδο για τη σύνθεση των ισονιτριλίων», κατά την οποία δεν χρησιμοποιούνταν το αέριο φωσγένιο, αλλά η οξαζόλη (C3H3NO) και η βενζοξαζόλη (C7H5NO), ενώσεις οι οποίες δεν παράγονταν συνθετικά για μεγάλο χρονικό διάστημα αφότου πρωτοαναπτύχθηκαν τα ισονιτρίλια. Οι εν λόγω ετεροκυκλικές ενώσεις διαθέτουν ένα ιδιαίτερο άτομο υδρογόνου μεταξύ ενός ατόμου αζώτου και ενός οξυγόνου, το οποίο μπορεί να απομακρύνεται πολύ ευκολότερα από κάποια άλλα. Τούτο το άτομο υδρογόνου συντελεί στο άνοιγμα του δακτυλίου αυτών των ενώσεων σχετικά εύκολα παρουσία πολύ ισχυρών οργανικών βάσεων τις οποίες δεν διέθεταν άλλοτε όσοι πρωτοασχολήθηκαν με τη χημεία των ισονιτριλίων.

«Αφού συνθέσαμε αρκετά ισονιτρίλια, ζήτησα από το μεταδιδακτορικό μου συνεργάτη να δει τι γίνεται με τις οσμές τους. Όταν μου είπε ότι δεν μύριζαν άσχημα, η περιέργειά μου έφτασε στα ύψη», θυμάται ο Pirrung. Οι δυο τους συνέχισαν με τη σύνθεση αρκετών παραλλαγών ισονιτριλίων, των οποίων οι διαφορετικές αλλά σχετικά ευχάριστες οσμές χαρακτηρίστηκαν ακολούθως από μια ειδική σε αυτό ομάδα φοιτητών τού Pirrung.

«Η ιδέα ότι μπορούν να συντίθενται δραστικά ισονιτρίλια με ευχάριστες οσμές πραγματικά με αποσβολώνει», σχολιάζει ο Ganem ενθουσιασμένος. «Με τούτη την καινοτομία θα πρέπει να προκύψει ένα ολόκληρο πλούσιο οπλοστάσιο από χρήσιμα αντιδραστήρια για τη συνδυαστική χημεία, το οποίο εννοείται πως θα αιχμαλωτίσει τη φαντασία όσων ασχολούνται με τη φαρμακοβιομηχανία, μεταξύ άλλων.» Έπειτα από δεκαετίες ιδιαίτερα απεχθούς ερευνητικού τέλματος, τελικά τα ισονιτρίλια ίσως εκπληρώσουν τον προορισμό τους ως σπουδαία εργαλεία της οργανικής χημείας.

Επιστημονικά Νέα - Φεβρουάριος, 2007