Nobel Prize in Mahidol Science Cafe Vol.2: สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry: Entering the Era of Functionalism

Nobel Prize in Mahidol Science Cafe Vol.2: สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry: Entering the Era of Functionalism

31 ตุลาคม 2565 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จัดเสวนาพิเศษ Nobel Prize in Mahidol Science Café Vol.2: สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry: Entering the Era of Functionalism แบบ Hybrid ซึ่งนับเป็นตอนที่ 2 ของเสวนาซีรีส์โนเบลประจำปี 2565 โดยได้รับเกียรติจากอาจารย์ผู้เชี่ยวชาญการสร้างและประยุกต์ใช้ Click Chemistry and Bioorthogonal Chemistry ของมหาวิทยาลัยมหิดล อาทิ รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ อาจารย์ ดร.สิทธิวุฒิ เจริญสุทธิวรากุล อาจารย์ประจำกลุ่มสาขาวิชาชีวนวัตกรรมและผลิตภัณฑ์ฐานชีวภาพอัจฉริยะ คณะวิทยาศาสตร์ อาจารย์ ดร.ณัฐวดี ปัญญาอินทร์ อาจารย์ประจำภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ และ อาจารย์ ดร.มัทธิว พันชนะ อาจารย์ประจำ ภาควิชาชีวโมเลกุลและพันธุศาสตร์โรคเขตร้อน คณะเวชศาสตร์เขตร้อน ร่วมพูดคุยเจาะลึกเกี่ยวกับเรื่องราว การวิจัย และสาระน่ารู้ของการพัฒนาคุณสมบัติโมเลกุลและเซลล์ด้วยปฏิกิริยาคลิก ซึ่งเป็นการเปิดประตูสู่ยุคของการศึกษาและสร้างสรรค์โมเลกุลเชิงหน้าที่ ณ ห้อง K102 อาคารเฉลิมพระเกียรติ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล พญาไท และถ่ายทอดสดผ่านทาง Facebook live โดยมีผู้รับชมรวมกว่า 50 คน

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

อ่านบทความฉบับเต็มได้ที่นี่
สู่ยุคของโมเลกุลเชิงหน้าที่
  • เขียนข่าว : นางสาวปัณณพร แซ่แพ
  • ตรวจสอบโดย : รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล
    อาจารย์ ดร.สิทธิวุฒิ เจริญสุทธิวรากุล
    อาจารย์ ดร.ณัฐวดี ปัญญาอินทร์
    อาจารย์ ดร.มัทธิว พันชนะ
  • ภาพข่าวโดย : นางสาวสุภาวดี เพ็ชร์น้อย

Mahidol Science Cafe Vol.3: Nobel Prize in Chemistry: An ingenious tool for building molecules เครื่องมืออันชาญฉลาดในการสร้างโมเลกุล

Mahidol Science Cafe Vol.3: Nobel Prize in Chemistry: An ingenious tool for building molecules เครื่องมืออันชาญฉลาดในการสร้างโมเลกุล

5 พฤศจิกายน 2564 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จัดเสวนาออนไลน์ Mahidol Science Cafe Vol.3: Nobel Prize in Chemistry: An ingenious tool for building molecules เครื่องมืออันชาญฉลาดในการสร้างโมเลกุล เล่าเรื่องงานวิจัยของ 2 นักวิทยาศาสตร์ เจ้าของรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปีนี้ ได้แก่ ศาสตราจารย์เบนจามิน ลิสต์ (Benjamin List) จาก Max-Planck-Institute für Kohlenforschung ประเทศเยอรมนี และ ศาสตราจารย์เดวิด แมคมิลแลน (David W.C. MacMillan) จาก Princeton University ประเทศสหรัฐอเมริกา จากการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์แบบอสมมาตร พร้อมอธิบายถึงการสร้างโมเลกุลด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแบบใหม่ นำไปสู่การผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยมี รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล และ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ต่อศักดิ์ ล้วนไพศาลนนท์ อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล เป็นวิทยากร ดำเนินรายการโดย รองศาสตราจารย์ ดร.เทียนทอง ทองพันชั่ง หัวหน้าภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ผ่านทาง Facebook live ซึ่งมีผู้รับชมกว่า 100 คน

ตลอดการเสวนาวิทยากรได้อธิบายเกี่ยวกับหลักการอย่างง่ายในการสร้างโมเลกุล ลักษณะของโครงสร้างโมเลกุลแบบอสมมาตร รวมถึงหลักการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ช่วยให้การเกิดปฏิกิริยาเคมีง่ายขึ้น พร้อมยกตัวอย่างให้เห็นภาพ และชี้ให้เห็นถึงการมอบรางวัลโนเบลสาขาเคมีในอดีตซึ่งมีการมอบรางวัลโนเบลให้กับผู้วิจัยเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี และเชื่อมโยงไปยังงานวิจัยของผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปีนี้ ทั้ง 2 ท่าน ซึ่งทำการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์แบบอสมมาตร ที่สามารถขยายผลไปสู่การพัฒนายา หรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่ลดการปล่อยมลภาวะสู่สิ่งแวดล้อม ปลอดภัยต่อผู้ผลิต และผู้ใช้งานมากขึ้น

โดย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ต่อศักดิ์ ล้วนไพศาลนนท์ ได้กล่าวว่าการสังเคราะห์ทางเคมีเป็นเครื่องมือในการสร้างโมเลกุล ซึ่งต้องอาศัยทั้งศาสตร์และศิลป์ รวมถึงต้องพิจารณาและคำนึงถึงปัจจัยหลายอย่าง และได้อธิบายลักษณะของโครงสร้างโมเลกุลที่อสมมาตรว่า คือโมเลกุลที่มีองค์ประกอบเหมือนกัน เป็นภาพสะท้อนของกันและกัน เหมือนกับมือซ้าย มือขวาของเรา แต่เมื่อนำมาซ้อนทับกันจะไม่สามารถซ้อนทับกันได้สนิท ซึ่งส่งผลให้มีคุณสมบัติแตกต่างกัน เช่น เอนไซม์มีความจำเพาะในการจับกับตัวรับต่างกัน สารมีกลิ่นต่างกัน เป็นต้น
ส่วน รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล ได้อธิบายเกี่ยวกับหลักการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ช่วยให้การเกิดปฏิกิริยาเคมีง่ายขึ้น พร้อมยกตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยา 3 กลุ่ม ได้แก่ metal catalysis biocatalysis และ organocatalysis และชี้ให้เห็นว่าการมอบรางวัลโนเบลสาขาเคมีในอดีตมีการมอบรางวัลให้กับผู้วิจัยเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีมาแล้ว 7 ครั้ง ซึ่งงานวิจัยที่ได้รับรางวัลในอดีตอยู่ในกลุ่มตัวเร่งปฏิกิริยาประเภท metal catalysis และ biocatalysis ทั้งนี้ ในปี ค.ศ. 2001 มีการมอบรางวัลโนเบลสาขาเคมีให้กับนักวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยาในกลุ่ม metal catalysis ที่สามารถเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์แบบอสมมาตร ผ่านมาถึง 20 ปี รางวัลโนเบลสาขาเคมีปีนี้เป็นปีแรกที่ให้กับงานวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยากลุ่ม organocatalysis ที่สามารถเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์แบบอสมมาตรได้ ซึ่งนับเป็นแขนงวิจัยที่ได้รับการพัฒนาอย่างเข้มข้นตั้งแต่ ค.ศ. 2000 เป็นต้นมา
ในช่วงท้ายของการเสวนา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ต่อศักดิ์ ล้วนไพศาลนนท์ ได้เล่าถึงการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์แบบอสมมาตรจากโมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กโดย ศาสตราจารย์เบนจามิน ลิสต์ และ ศาสตราจารย์เดวิด แมคมิลแลน และแสดงภาพจำลองการเร่งปฏิกิริยาของโมเลกุลอสมมาตร ที่สามารถสร้างผลลัพธ์ได้หลากหลายรูปแบบ ซึ่ง รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล ได้เสริมว่า เมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ (metal catalysts) ที่มีการศึกษามานานกว่า 100 ปี และถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมพลาสติก อุตสาหกรรมปิโตรเคมีที่ลดขนาดโมเลกุลของน้ำมันดิบให้เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนขนาดเล็กลง ที่มีมูลค่าเพิ่ม ไปจนถึงการสังเคราะห์ยา ตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์ (organocatalysts) นั้นยังค่อนข้างใหม่ แต่ด้วยคุณสมบัติที่อาจมีความเป็นพิษน้อย เสถียร และสังเคราะห์ง่ายกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ จึงถือเป็นกลุ่มตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทใหม่ที่มีศักยภาพสูง สามารถขยายผลไปสู่การพัฒนายา หรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่ลดการปล่อยมลภาวะสู่สิ่งแวดล้อม ลดต้นทุนการผลิต ปลอดภัยต่อผู้ผลิต รวมถึงผู้ใช้งานมากขึ้นได้ เชื่อว่าในอนาคตจะมีตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์ประเภทใหม่ ๆ ที่มีผลกระทบสูงและเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมทางเคมี ออกมาอีกมากมาย

นอกจากนั้นวิทยากรทั้ง 2 ท่านได้ให้ให้มุมมองต่อการสังเคราะห์ทางเคมีว่า Chemical synthesis: an adventure with endless possibility และทิ้งท้ายฝากสำหรับน้อง ๆ ที่สนใจในวิทยาศาสตร์ว่า วัยเยาว์ยังเป็นช่วงที่เรามีเวลา ลองหาโอกาสในการทดลองลงมือทำ ค้นหาศาสตร์ที่ตัวเองหลงใหล และไม่ต้องกดดันตัวเองในการรีบประสบความสำเร็จมากนัก พร้อมทิ้งท้ายว่าหากน้อง ๆ รักและอยากเรียนวิทยาศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ยินดีต้อนรับ

  • เขียนข่าว : นางสาวปัณณพร แซ่แพ
  • ตรวจสอบโดย : รองศาสตราจารย์ ดร.เทียนทอง ทองพันชั่ง
    รองศาสตราจารย์ ดร.ปรียานุช แสงไตรรัตน์นุกูล
    ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ต่อศักดิ์ ล้วนไพศาลนนท์
  • ภาพข่าวโดย : งานสื่อสารองค์กร