Under lång tid har kemister försökt efterlikna naturliga reaktioner. Naturen är en outsinlig källa till olika komplexa ämnen som vi har nytta av. Men naturliga reaktioner har sina nackdelar. De är ofta långa och komplicerade. De kräver ideala förhållanden i fråga om temperatur och förekomst av andra ämnen och ofta är reaktionerna inte spontana, vilket kraftigt försvårar utförandet. Varje steg blir ineffektivt, vilket leder till avfall som måste rensas bort. För varje nytt ämne man vill skapa måste man också upptäcka nya reaktioner, vilket kan ta flera år och ibland visar sig vara omöjligt. Därför är det bättre om kemisterna kan hitta egna enkla reaktioner som ger en genväg till det önskade ämnet. Det är lättare och ger mindre avfall, vilket gör molekylbygget mer ekonomiskt och ekologiskt hållbart. Det är vad årets nobelpristagare i kemi – Barry Sharpless, Morten Meldal och Carolyn Bertozzi – har åstadkommit.
År 2001 publicerade Barry Sharpless vid Stanfords universitet en artikel där han föreslog en ny kemisk metod. Han kritiserade ett överdrivet fokus bland kemister att bygga ihop stora organiska molekyler med kolatomer som sker i naturen. Bindningar mellan kolatomer saknar termodynamisk drivkraft att bildas i laboratoriemiljö, vilket gör byggen av långa kolstammar till en mycket energikrävande process. Istället ville Sharpless att bygget ska utgå från mindre molekyler med färdig kolstam. Dessa ska sedan länkas samman med syre- och kväveatomer, som är mer reaktionsbenägna. Visionen var en kemi där molekyler byggs med så enkla reaktioner att man bara behöver “klicka” ihop molekylerna som legobitar. Därav uttrycket “klickkemi”. Han ställer upp några krav på hur en reaktion ska vara för att klassas som klickkemisk. Den ska bland annat:
- Kunna ske i närvaro av syre och vatten
- Ge hög avkastning
- Ge endast ofarliga biprodukter
- Vara användbar i många situationer
- Vara stereospecifik, det vill säga bara ge en av två möjliga spegelbildsmolekyler
- Kräva inga eller miljövänliga lösningsmedel
Det är hårda krav, men Sharpless kunde redan lista några exempel och spenderade den kommande tiden med att leta efter fler klickkemiska reaktioner. Senare samma år fick Han ett Nobelpris i kemi för annat framstående arbete. Han blir därför i år den femte personen någonsin att vinna två nobelpris.
Redan året efter Sharpless artikel upptäckte Morten Meldal vid Köpenhamns universitetet och Barry Sharpless var för sig ”den kopparkatalyserade azid-alkyn-reaktionen”. Denna reaktion skulle komma att bli klickkemins kronjuvel. Det är en mycket enkel reaktion. Man fäster en azid, det vill säga en grupp av tre kväveatomer, vid den ena molekylen man vill slå ihop och en alkyl, alltså en kolvätekedja med en trippelbindning, vid den andra, sänker ner dem i vatten och tillsätter kopparjoner. Kopparjonerna är en katalysator till reaktionen som slår ihop aziden och alkylen till en ringformad molekyl som kallas för triazol.
På detta sätt kan man länka samman olika molekyler, hur ovilliga de än annars är att förenas. De praktiska tillämpningarna är närmast oändliga. Både forskningslaboratorier och kemiindustri använder sig av denna och senare upptäckta klickreaktionen. Tillverkningen av läkemedel blir mycket enklare och det blir betydligt lättare att bygga material med en önskad uppsättning egenskaper.
Den kanske mest imponerande tillämpningen gjorde Carolyn Bertozzi vid Stanfords universitet. Hennes vidareutveckling av klickkemin är så nydanande att hon delar Nobelpriset med Sharpless och Meldal. Under 90-talet studerade Bertozzi glykaner, en typ av kolhydrater som finns på cellers ytor och är viktiga i många molekylärbiologiska processer. Dessa var med den tidens biokemiska instrument notoriskt svåra att studera utan att skada cellen, varför hon sökte nya sätt att studera dem på. Hon skapade metoder som hon kallade för ”bioortogonal kemi”, kemiska reaktioner som kan ske i levande organismer utan att störa dem. Bland annat byggde hon in azider i glykanerna för att sedan koppla ihop dessa med självlysande molekyler. Då går det att följa glykanernas rörelser över cellväggen. Då Bertozzi fick nys om den reaktion som Sharpless och Meldal upptäckte, insåg hon snabbt att ihopklickande av azider och alkyner är något som hon kan ha användning av. Originalversionen av reaktionen går inte att använda inuti en levande cell då koppar är giftigt för allt levande, men det börjar hon direkt arbeta på att lösa. 2004 publicerade hon sin upptäckt av en variant på azid-alkynreaktionen utan koppar.
Bertozzi har fortsatt att vidareutveckla den bioortogonala kemin. Ett av hennes fokusområden har varit en typ av glykaner som sitter på ytan av cancerceller. Denna glykan kan neutralisera immunförsvaret, vilket skyddar tumören från att upptäckas och förstöras av kroppen. Hennes team försöker med klickkemi bygga antikroppar som riktar in sig på just dessa glykaner och förstör dem. Än så länge är de bara i teststadiet, men utan årets nobelpristagare är det en behandling vi bara kunnat drömma om.
Sharpless, Meldal och Bertozzi har revolutionerat kemin med ett nytt tänk och nya verktyg. Med deras upptäckter har de tidigare svårbemästrade konsterna att bygga molekyler och studera liv på molekylnivå blivit något enkelt, en språngbräda för nya upptäckter. De tog kemin in i 2000-talet och den kommer inte att stanna där.
Källor som användes i den här artikeln
Finn, M G. Kolb, Hartmuth C. Sharpless, Barry.. Angewandte Chemie. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Vol. 40, 11, 2001: 2004-2021.
Kungl. Vetenskapsakademien; Nobelpriset i kemi 2022: Det säger bara klick – sedan sitter molekylerna ihop; 2022; https://www.kva.se/nyheter/nobelpriset-i-kemi-2022/, 
Nobelkommittén för kemi; Populärvetenskaplig information – Deras funktionella kemi åstadkommer stordåd; Kungl. Vetenskapsakademien; 2022
Saplakoglu, Yasemin; Molecule-Building Innovators Win Nobel Prize in Chemistry; Quanta Magazine ; 2022; https://www.quantamagazine.org/molecule-building-innovators-win-2022-chemistry-nobel-prize-20221005/?utm_campaign=later-linkinbio-quantamag&utm_content=later-30090537&utm_medium=social&utm_source=linkin.bio,
SVT Nyheter; Årets kemipris hjälper oss ta fram effektivare läkemedel; 2022; https://www.svt.se/nyheter/vetenskap/arets-kemipris-kan-klicka-fram-effektivare-lakemedel,