Nobel Prize in Mahidol Science Cafe Vol.2: สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry: Entering the Era of Functionalism
รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล ได้กล่าวถึงผู้ได้รับรางวัลโนเบล สาขาเคมี ในปี ค.ศ. 2022 นี้ ได้แก่ ศาสตราจารย์ มอร์เทน เมลดัล (Morten Meldal) จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนประเทศเดนมาร์ก ศาสตราจารย์ เค. แบร์รี ชาร์ปเลส (K. Barry Sharpless) จากสถาบันวิจัยสคริปส์ประเทศสหรัฐฯ ผู้ศึกษาเกี่ยวกับ “Click Chemistry” หรือ “ปฏิกิริยาคลิก” และ ศาสตราจารย์ คาโรลีน อาร์. เบอร์ทอซซี (Carolyn R. Bertozzi) จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดประเทศสหรัฐฯ นักวิทยาศาสตร์หญิงผู้ต่อยอดปฏิกิริยาคลิกสู่ศาสตร์ “Bioorthogonal Chemistry” หรือ “เคมีไบโอออร์โทโกนอล” โดยในปีนี้ ศาสตราจารย์ ชาร์ปเลส เป็นบุคคลที่ 5 ตั้งแต่เริ่มมีการประกาศรางวัลโนเบล ที่ได้รับรางวัลโนเบลถึง 2 ครั้ง
ในปี ค.ศ. 2001 Sharpless และผู้ร่วมงานได้ตีพิมพ์แนวคิดของ “ปฏิกิริยาคลิก” ว่าเป็นปฏิกิริยาที่เชื่อมต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันอย่างเรียบง่าย รวดเร็ว และมีขอบเขตที่กว้าง โดยไม่ใช้ตัวทำละลาย หรือใช้ตัวทำละลายที่ไม่เป็นพิษ และให้ร้อยละผลิตภัณฑ์สูง ผลพลอยได้จากผลิตภัณฑ์ (by-products) ไม่เป็นพิษ สามารถกำจัดออกได้โดยไม่ต้องใช้เทคนิคในห้องปฏิบัติการทางเคมีเพื่อใช้ในการแยกสารผสม และมีแรงผลักทางพลังงานสูง เปรียบการเชื่อมต่อโมเลกุลเหมือนกับการใส่หัวเข็มขัด และเสียงคลิกคือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น โดยปฏิกิริยาที่เข้าข่ายปฏิกิริยาคลิก ได้แก่ Diels-Alder thiol-ene และ 1,3-dipolar cycloaddition เป็นต้น
ก่อนกล่าวถึงงานวิจัยสำคัญของ เมลดัล และ ชาร์ปเลส ซึ่งได้รับตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 2002 ในเวลาใกล้เคียงกัน ที่ศึกษาปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่มีหมู่ฟังก์ชัน “อะไซด์” (azide) กับ “อัลไคน์” (alkyne) โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นไอออนของทองแดง (Cu+) ซึ่งจัดเป็นปฏิกิริยาคลิก โดย เมลดัล ใช้คอปเปอร์ (I) ไอโอไดด์ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วน ชาร์ปเลส ใช้คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต ซึ่งราคาถูกและเสถียรกว่า และเกลือของวิตามินซีเป็นตัวรีดิวซ์ เพื่อให้ตัวเร่งปฏิกิริยา Cu+ ในสารละลาย และได้เรียกชื่อปฏิกิริยาว่า Cu-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition หรือ CuAAC ผลการศึกษาของทั้ง 2 กลุ่มวิจัย พบว่าปฏิกิริยามีประสิทธิภาพสูง เหมาะกับการเติมหมู่ฟังก์ชันหรือสังเคราะห์วัสดุใหม่ ๆ เนื่องจากปฏิกิริยา CuAAC ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก เพราะหมู่ฟังก์ชัน azide และ alkyne ไม่ซับซ้อน สามารถเติมเข้าไปในโมเลกุลสารตั้งต้นได้ง่าย และตัวเร่งคอปเปอร์มีความเรียบง่าย ปฏิกิริยาเกิดได้ดี ทำให้ในปัจจุบันปฏิกิริยาคลิก มักสื่อถึงปฏิกิริยา CuAAC ถึงแม้ว่าในความเป็นจริงมีหลายปฏิกิริยาที่จัดเป็นปฏิกิริยาคลิกตามที่กล่าวไปข้างต้น
นับจากการค้นพบที่สำคัญของเมลดัลและชาร์ปเลสในปีค.ศ. 2002 จนถึงปัจจุบัน เป็นระยะเวลาประมาณ 20 ปี มีผลงานวิจัยเกี่ยวกับปฏิกิริยาคลิกตีพิมพ์เกือบ 10,000 ผลงาน และมีการนำไปใช้ในการศึกษาวิจัยหลายด้าน ทั้งด้านเคมี วิศวกรรมเคมี วัสดุศาสตร์ การสังเคราะห์ยา การแพทย์ และสิ่งแวดล้อม เป็นต้น โดยคณาจารย์ภาควิชาเคมีและนักศึกษาคณะวิทยาศาสตร์ก็ได้นำเอาแนวคิดปฏิกิริยาคลิกมาประยุกต์ใช้กับงานวิจัยด้วยเช่นกัน อาทิ การสร้างระบบเร่งปฏิกิริยาที่สามารถละลายน้ำได้ ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถนำตัวเร่งปฏิกิริยากลับมาใช้ซ้ำได้ การพัฒนาฟลูออเรสเซนต์เซนเซอร์ และเซนเซอร์เปลี่ยนสีที่มีความจำเพาะสูง เพื่อตรวจวัดไอออนของเหล็ก และคอปเปอร์ รวมถึงตรวจวัดไอออนไซยาไนด์ และคลอไรด์ในน้ำ การสังเคราะห์โมเลกุลขนาดใหญ่และศึกษาสเปซเซอร์ของโมเลกุล เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจจับไอออนของไอโอไดด์ และ มาโลเนต เป็นต้น นอกจากนี้ ยังกล่าวถึงงานวิจัยที่นำปฏิกิริยาคลิกมาพัฒนาระบบนำส่งยาคีโมที่มีความจำเพาะสูงต่อเซลล์มะเร็งบางประเภท การปรับปรุงคุณสมบัติพอลิเมอร์ให้สามารถเชื่อมปิดพื้นผิวบริเวณที่เสียหายเองได้และเรืองแสงแสดงตำแหน่งที่เกิดการขีดข่วน รวมถึงการนำปฏิกิริยาคลิกไปใช้เป็นขั้นตอนสำคัญในการสังเคราะห์ยาฆ่าเชื้อแบคทีเรีย และยารักษามะเร็งเต้านม เป็นต้น
- เขียนข่าว : นางสาวปัณณพร แซ่แพ
-
ตรวจสอบโดย : รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล
อาจารย์ ดร.สิทธิวุฒิ เจริญสุทธิวรากุล
อาจารย์ ดร.ณัฐวดี ปัญญาอินทร์
อาจารย์ ดร.มัทธิว พันชนะ - ภาพข่าวโดย : นางสาวสุภาวดี เพ็ชร์น้อย
