Jean-Marie LEHN: Perspektívy v chémii: Od supramolekulovej chémie smerom k adaptívnej chémii
V súvislosti s udelením titulu Doctor honoris causa Slovenskou technickou univerzitou sa rozhodol profesor Jean-Marie Lehn na podnet prof. Viktora Milatu z Ústavu organickej chémie, katalýzy a petrochémie predniesť verejnosti na FCHPT vedeckú prednášku.
Prednáška nositeľa Nobelovej ceny (ocenený v roku 1987) prof. Jeana-Marie LEHNA na fakulte poskytla základné informácie o tom, kam sa supramolekulárna chémia za ostatných 30 rokov dostala a akú problematiku rieši v súčasnosti. Rozvoj tejto vednej oblasti priniesol vznik a definovanie základných pojmov, ktoré boli v prednáške vysvetlené rovnako aj vznik týchto pojmov. Súčasná slovenčina dokáže preložiť tieto pojmy z angličtiny, avšak odborníci používajú v rozprave často tieto originálne anglické termíny, ktorých preklad do slovenčiny je častokrát nezrozumiteľný, ba až zavádzajúci. Samozrejme, že boli vysvetlené na vhodných príkladoch, ilustrujúcich daný fenomén.
Začiatok prednášky bol venovaný vzniku vesmíru po Veľkom tresku, počiatočnému deleniu hmoty, následnému spolčovaniu, organizácii, životným prejavom a mysliacej hmote ako súčasnej forme existencie hmoty, ako výsledku evolúcie hmoty pod tlakom informácií, čím boli položené základy komplexnej hmoty. Supramolekulová chémia je tak chápaná ako nadstavba molekulovej chémie. Pre molekulovú chémiu je charakteristický ustálený stav, ktorý definuje štruktúru molekuly ako takú, teda jedná sa o ustálený rovnovážny stav posunutý na stranu produktu. Tu je situácia pomerne jednoduchá.
V prírode však zvyčajne existujú zmesi látok a tak za daných podmienok sa ustáli rovnováha s termodynamicky najvýhodnejším produktom, pričom zmenou podmienok sa môže konštituovať produkt iný, čomu hovoríme dynamický samoorganizujúci systém. Ak sa tento môže vhodne samoorganizovať voči partnerovi (napr. aktívne miesto enzýmu), hovoríme tomu samorozpoznávanie a správanie sa systému adaptáciou systému (ovplyvnenou reakčnými podmienkami). Rozmanitosť súčastí systému v spojení s jeho dynamikou je základom konštitučnej dynamickej chémie (constitutional dynamic chemistry), ktorá v spojení s adaptáciou dáva adaptívnu chémiu (adoptive chemistry).
Supramolekulová chémia založená na kovalentných alebo nekovalentných väzbách je dynamickou chémiou: jedným z takých príkladov sú nanostroje (nanodevices) a ich neskorší vývojový stupeň nanoroboty. Samozrejme, že sú založené na rovnovážnych reakciách, čo bolo ilustrované na dvoch rekciách imínov (s amínmi a KnoevenagelovouC=C/C=N metatézou. Ak sa takéto dynamické systémy aplikujú na biologicky aktívne substráty, môžu viesť k objavom liekov. Princíp najlepšie viazaného substrátu k receptoru „kľúč-zámka (key-lock)“ bol publikovaný Emilom Fischerom už v roku 1894 a bol vysvetlený na príklade enzýmu carbonic anhydrase.
Dynaméry (dynamers) sú príkladom polymérov vzniknutých v rovnovážnych systémoch, vzniknutých interakciami reaktontov s komplementárnymi donormi a akceptormi. Takýto biokompatibilný dynamér bol použitý pri liečbe vážnych vrodených srdcových ochorení chlopní, vyžadujúcej chirurgický zákrok v roku 2013, 23 rokov od publikovania základného výskumu tohto materiálu a odvtedy bolo uskutočnených 12 úspešných prelomových chirurgických zákrokov s týmto sofistikovaným materiálom.
Iným príkladom sú kovalentné dynaméry s uplatnením v optoelektronike typu peptoidov či glykodynamérov, ktorých navrstvenie spôsobuje farbu či fluorescenciu. Záver prednášky bol venovaný konštitučným dynamickým sieťam (constitutional dynamic networks), ktorých priemieňajúce sa zložky tvoria adaptívne chemické systémy charakteristické selekciou podľa použitia efektoru: teplota, tlak, rozpúšťadlo, elektrický prúd, ióny kovov.
Finále prednášky bolo vyhlásenie: „keď organizácia môže existovať, tak existovať bude“. Fakt, že molekuly interagujú im dáva vlastnosti, ktoré ich menia na supermolekulové. Napríklad molekula vody je tvorená atómom kyslíka a dvoma atómami vodíka vzdialených od kyslíka na definovanú vzdialenosť a zvierajúce známy uhol a obsahujúca dva voľné elektrónové páry. Ale až schopnosť interakcie vodíkov s atómami kyslíka inej molekuly spôsobujú vlastnosti ako tekutosť, viskozitu a i., teda sú vlastnosťami supramolekulovými.
V diskusii padli viaceré zaujímavé otázky napr. vzťah samoorganizácie hmoty a spoločnosti: spoločnosť je komplexný dynamický systém vyznačujúci sa diverzitou, ktorý by mal konvergovať do organizovaného stavu (efektorom sú morálne i právne pravidlá či prírodné zákony). No a záverečnou otázkou bol vzťah umelej inteligencie a samoorganizácie: na takúto otázku profesor Lehn odpovedal, že najlepšie je, keď systém má prirodzenú inteligenciu, na čo zaznel záverčný búrlivý potlesk a nasledovalo fotografovanie a podpisovanie materiálov.
V. Milata
