Organisk kemi
Organisk kemi
Organisk kemi
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Organisk</strong> <strong>kemi</strong><br />
Sammanfattande bedömning<br />
Svensk organisk <strong>kemi</strong> har en mycket stark ställning både nationellt och internationellt när det<br />
gäller metallorganisk katalys och asymmetrisk syntes. Syntes görs i allt större utsträckning för<br />
att framställa <strong>kemi</strong>ska föreningar med önskade egenskaper, det vill säga syntes av egenskaper<br />
för tillämpningar inom framför allt biologiskt/medicinskt relaterad forskning. Ett annat<br />
område som fått ökad betydelse är så kallad grön <strong>kemi</strong>, som i organisk-<strong>kemi</strong>ska sammanhang<br />
innebär att ta fram syntesmetoder, som ger så liten miljöpåverkan som möjligt. All slags<br />
katalys (metallorganisk, organisk, enzymatisk) inklusive asymmetrisk katalys är här<br />
avgörande men också att finna syntesmetoder som går att genomföra i vattenmiljöer för att<br />
undvika onödig användning av organiska lösningsmedel och att minimera mängden<br />
restprodukter.<br />
Inom området läkemedels<strong>kemi</strong> är det fortfarande en stor aktivitet kring att ta fram små<br />
molekyler för användning som aktiva substanser i läkemedel i Sverige och internationellt.<br />
Detta görs både via design och syntes av molekyler som anpassats till de bindande sätena i<br />
målproteiner och genom sållning av särskilt utvalda syntetiserade substansskaror.<br />
Bioorganisk <strong>kemi</strong>/läkemedels<strong>kemi</strong> och metallorganisk <strong>kemi</strong>/katalys är i grova drag de två<br />
dominerande områdena i svensk organisk <strong>kemi</strong> som också i ett internationellt perspektiv är<br />
starka. Detta innebär i sin tur att forskning kring syntesmetoder är omfattande.<br />
Kombinationen av metallkomplexdriven katalys och enzymkatalys är en relativt ny och<br />
fruktbar infallsvinkel på problemet att framställa optiskt aktiva <strong>kemi</strong>ska föreningar. Nya<br />
insikter i bakteriell infektion har öppnat möjligheter till att få fram alternativa antibiotika<br />
baserade på små organiska molekyler. Glykobiologin, som till stor del baserar sig på syntetisk<br />
kolhydrat<strong>kemi</strong>, är en annan stark forskning i landet som står sig väl internationellt.<br />
Verksamheten tycks dock ha minskat under det senaste decenniet. Det är förhållandevis få<br />
forskargrupper med en organisk-<strong>kemi</strong>sk bakgrund som ägnar sig åt <strong>kemi</strong>sk biologi, en relativt<br />
ny disciplin som betraktar biologiska frågeställningar från ett starkt <strong>kemi</strong>sk perspektiv där<br />
organisk-<strong>kemi</strong>sk syntes är ett verktyg av flera som används för att få information om hur<br />
biomolekyler ”pratar” med varandra, i sin tur viktigt ur hälso- och miljösynpunkt.<br />
Ämnesbeskrivning<br />
<strong>Organisk</strong> <strong>kemi</strong> handlar om att studera och framställa, syntetisera, <strong>kemi</strong>ska föreningar baserade<br />
på kol. Den mest karaktäristiska och omfattande verksamheten är organisk syntes både<br />
internationellt och nationellt. Att kunna framställa nya <strong>kemi</strong>ska föreningar utgör ett verktyg<br />
för både biologi/medicin- och materialvetenskaperna. Syntes<strong>kemi</strong>n utgör en mycket stor del<br />
av läkemedels<strong>kemi</strong>n. För en framgångsrik utveckling av syntes<strong>kemi</strong>n krävs en djup förståelse<br />
för de detaljerade reaktionsmekanismerna. Denna del av den organiska <strong>kemi</strong>n brukar kallas<br />
fysikalisk organisk <strong>kemi</strong> och sedan några decennier är också beräknings<strong>kemi</strong>/teoretisk <strong>kemi</strong> en<br />
mer eller mindre integrerad del av syntes<strong>kemi</strong>n. Under tidigare decennier har syntes<strong>kemi</strong>n till<br />
stor del varit inomvetenskapligt metodinriktad men tendensen är numera att bidra till att lösa<br />
problem inom de biologiska/medicinska och materialvetenskapliga områdena.<br />
Ett antal underavdelningar kan utmärkas som vanligtvis har en organisk <strong>kemi</strong>sk prägel.<br />
Naturprodukt<strong>kemi</strong> innebär dels isolering och strukturbestämning av naturligt förekommande<br />
komplicerade organiska föreningar och dels totalsyntes där man från enkla organiska<br />
VR-NT:s webbforum januari 2011 – <strong>Organisk</strong> <strong>kemi</strong>
föreningar bygger upp de betydligt mer komplicerade naturprodukterna. Totalsyntes riktar sig<br />
oftast mot att framställa medicinskt potentiella substanser. Inom syntes<strong>kemi</strong>n finns ett antal<br />
specialiteter som till exempel, asymmetrisk syntes och gröna syntesmetoder. Asymmetrisk<br />
syntes är ofta baserad på metallorganisk katalys och syntes med hjälp av enzymer eller hela<br />
celler och organismer. Gröna syntesmetoder riktar sig mot att göra process<strong>kemi</strong>n så<br />
miljövänlig som möjligt.<br />
Styrkor, svagheter och ämnesmässiga trender<br />
Inom organisk <strong>kemi</strong> är den övergripande aktiviteten organisk syntes det vill säga syntes av<br />
mer eller mindre komplicerade <strong>kemi</strong>ska föreningar utgående från enkla kommersiella<br />
startmaterial. Detta gäller både internationellt och nationellt. Vid alla svenska universitet med<br />
organisk <strong>kemi</strong> på programmet finns forskargrupper som har organisk syntes som ett av sina<br />
centrala områden. Även om det finns hundratals syntesmetoder så måste dessa förfinas och<br />
utvecklas så att de passar de aktuella syntesproblemen. Utvecklingen går mot att göra<br />
syntesmetoderna katalytiska och selektiva i ordets alla bemärkelser (diastereo-, enantio-,<br />
kemo- och regioselektiva). Syntes av föreningar som har potentiell läkemedelsanvändning<br />
eller användning för biomedicinsk forskning dominerar. I detta avseende kompletteras<br />
syntesforskningen med naturproduktsisolering och strukturbestämning med spektroskopiska<br />
metoder.<br />
Den syntesforskning som är starkast och mest omfattande i Sverige är den som baserar sig på<br />
metallorganisk <strong>kemi</strong> och katalys och har en betydande koppling till oorganisk <strong>kemi</strong> speciellt<br />
koordinations<strong>kemi</strong> kring metallatomer och metalljoner. Det kan tyckas som om den<br />
fysikaliska organiska <strong>kemi</strong>n har kommit i bakgrunden, vilket i viss bemärkelse är sant men<br />
det finns en betydande sådan forskning inom syntesverksamheten. Inslaget av beräknings<strong>kemi</strong><br />
(teoretisk <strong>kemi</strong>) är en tendens i ökande sedan ett antal år, vilket har ökat förståelsen för de<br />
mekanistiska skeendena vid syntesen. I sin tur har detta lett till en större precision av<br />
syntesmetoderna. Särskilt ska nämnas att enantioselektiv syntes är ett område där svenska<br />
forskare nått stor uppmärksamhet internationellt.<br />
Inom det bioorganiska området är peptider, nukleinsyror, kolhydrater och andra<br />
naturprodukter på forskningsprogrammen. Peptider tjänar ofta som mallar för att få fram<br />
molekyltyper, som har bättre läkemedelsegenskaper än de ursprungliga peptiderna.<br />
Kolhydrat<strong>kemi</strong>n har fått en allt större spridning. Ett flertal lärosäten har forskning som<br />
innefattar syntes och/eller modifiering av kolhydratderivat samt isolerings- och<br />
strukturbestämningsmetoder för dessa. Nukleinsyra<strong>kemi</strong>n bearbetas av flera forskargrupper i<br />
organisk <strong>kemi</strong> och har givetvis beröringspunkter med kolhydrat<strong>kemi</strong>n men också med<br />
heterocyklisk <strong>kemi</strong>. Den senare <strong>kemi</strong>grenen har i landet tidigare varit mycket omfattande och<br />
fokuserad på syntesmetoder men är nu också den till stor del inriktad mot tillämpningar på<br />
biomedicinska och materialvetenskapliga problem. Heterocykliska <strong>kemi</strong>ska föreningar har fått<br />
användning inte bara som komponenter i många läkemedel utan också som nya ledande och<br />
lysande material och som selektiva markörer för biomolekyler, vilket kan få användning inom<br />
biologisk/medicinsk forskning.<br />
Några få forskargrupper har inriktat sig mot <strong>kemi</strong>sk biologi, som från organisk-<strong>kemi</strong>sk<br />
utgångspunkt kortfattat innebär att med små molekyler, ofta specialsyntetiserade, undersöka<br />
hur biomolekyler kommunicerar i den levande cellen eller organismen. Området har naturligt<br />
en koppling till läkemedels<strong>kemi</strong>n men har en mer förutsättningslös och grundvetenskaplig<br />
prägel.<br />
VR-NT:s webbforum januari 2011 – <strong>Organisk</strong> <strong>kemi</strong>
En ökad samverkan mellan naturproduktsisolering å ena sidan och syntes av relevanta<br />
(biologiskt och medicinskt) naturprodukter å andra sidan borde kunna resultera i effektivare<br />
utnyttjande av unika möjligheter till nya läkemedel. Avancerad naturproduktssyntes är ett<br />
område som vid olika tidpunkter har startats i Sverige men inte kunnat vidmakthållas i någon<br />
större utsträckning förmodligen beroende på att det krävs stora tävlingsinriktade<br />
forskargrupper med en ledare, vilket inte har varit möjligt i det svenska forskningssystemet.<br />
Internationellt bedrivs omfattande forskning inom detta läkemedelsdrivna område.<br />
Forskning kring molekylära maskiner (motorer, kontakter, omkopplare med mera) har<br />
tilldragit sig stort intresse internationellt och kan komma att ge upphov till nya produkter som<br />
vi endast kan ana. Detta område är inte en ymnigt förekommande organisk <strong>kemi</strong>sk gren i<br />
landet.<br />
Makromolekylär organisk <strong>kemi</strong> på gränsen till polymer<strong>kemi</strong>, till exempel dendrimer<strong>kemi</strong> och<br />
polymera system uppbyggda med unika monomerer bearbetas sällan av forskargrupper i<br />
organisk <strong>kemi</strong> liksom nano<strong>kemi</strong>.<br />
Design av organiska processer med tonvikt på den organiska <strong>kemi</strong>n i stor skala (organisk<br />
process<strong>kemi</strong>) saknas nästan helt inom universitetsvärlden i Sverige. Detta är oroande eftersom<br />
brist på sådana kunskaper bidrar till att landet tappar konkurrensfördelar i <strong>kemi</strong>företag som<br />
tillverkar <strong>kemi</strong>ska föreningar för läkemedelsanvändning/-utveckling. <strong>Organisk</strong> syntes av mer<br />
komplicerade <strong>kemi</strong>ska föreningar med biologiska metoder har uppmärksammats allt mer av<br />
<strong>kemi</strong>industrin men forskning bedrivs fokuserat endast vid några få <strong>kemi</strong>institutioner i landet.<br />
Eftersom biologiska metoder för syntes är starkt kopplade till miljövänlig<br />
<strong>kemi</strong>kalieproduktion, inte bara av enkla organiska föreningar av typen bas<strong>kemi</strong>kalier, borde<br />
satsningarna utökas.<br />
Listan på internationella trender där organisk <strong>kemi</strong> bidrar starkt kan göras lång och svenska<br />
<strong>kemi</strong>ster vekar inom en del av dessa. Några områden kan lyftas fram:<br />
- Katalys med hittills sällan använda metaller/metalljoner (guld till exempel);<br />
- Gröna <strong>kemi</strong>ska processer (katalys av alla slag);<br />
- Design och syntes av substanser mot bakteriell resistens eller virus;<br />
- Design och syntes av små molekyler för studier av växelverkan mellan biomolekyler,<br />
<strong>kemi</strong>sk biologi;<br />
- Design och syntes av nya polymera system med speciella funktioner;<br />
- Småmolekyler i stamcellsforskning;<br />
- Design och syntes av molekyler för energiomvandling/lagring/transport;<br />
- Design och syntes av självorganiserande och självreplikerande molekyler (livets<br />
uppkomst);<br />
- Design och syntes av modifierade enzymer för att utföra organiska reaktioner som inte<br />
vanligtvis förekommer i biologin;<br />
- Kemisk biologi som ger nya <strong>kemi</strong>ska insikter i biologiska företeelser.<br />
Hot och möjligheter<br />
Intresset för ämnet organisk <strong>kemi</strong> är vikande i allmänhet liksom för hela <strong>kemi</strong>området. Alltför<br />
få av de bästa studenterna går mer avancerade kurser i organisk <strong>kemi</strong> och en alltmer svårartad<br />
finansieringssituation för forskning har utvecklats. En allmän tendens är att man använder<br />
organisk <strong>kemi</strong>, framför allt syntes<strong>kemi</strong>, till att lösa problem inom andra områden, vilket är på<br />
väg att utarma kärnområdet. Detta fenomen gäller flera andra mogna vetenskaper och riskerar<br />
VR-NT:s webbforum januari 2011 – <strong>Organisk</strong> <strong>kemi</strong>
att den fördjupade kunskapen och förståelsen minskar, vilket i sin tur reducerar möjligheterna<br />
till konkurrenskraftig forskning.<br />
En världsomfattande omstrukturering av läkemedelsbranschen pågår som gör att en stor del<br />
av den industriella organiska <strong>kemi</strong>n förflyttas till Asien (Kina och Indien). Dessutom lägger<br />
de större läkemedelsföretagen ut sin <strong>kemi</strong>ska forskning (preklinisk) på mindre enheter,<br />
företag eller universitetsinstitutioner. Om detta är bra eller dåligt får framtiden utvisa. Antalet<br />
arbetstillfällen ser ut att minska i takt med att den svenska läkemedelsindustrin flyttar ut eller<br />
läggs ner. De mindre <strong>kemi</strong>- och bioteknikföretagen kan möjligen motverka denna tendens.<br />
Den största drivkraften för organisk <strong>kemi</strong> är sedan länge att bidra till att finna nya botemedel.<br />
Större miljöer borde skapas med fokus på stora problemställningar där organisk-<strong>kemi</strong>sk<br />
expertis kan bidra; exempelvis att samla betydande resurser för att bekämpa resistenta<br />
bakterier och virus och att förhindra metastasering av cancerceller. Detta bör ske inte bara<br />
inom de medicinska vetenskaperna utan också med en tonvikt på de bioorganiska aspekterna<br />
det vill säga ett synsätt som betonar vad som sker på atomavståndsnivå. Det blir betydligt<br />
större djup i förståelsen av cell–cellinteraktionerna och mekanismerna för biomedicinska<br />
fenomen med en god portion av organisk-<strong>kemi</strong>sk insikt och organiska specialkomponerade<br />
substanser. En inriktning mot <strong>kemi</strong>sk biologi borde förstärkas.<br />
Forskningsinfrastruktur<br />
Spektrometrar och kromatografer – Över lag har de organiska <strong>kemi</strong>sterna just nu god<br />
tillgång till NMR- och masspektrometrar. En del apparatur börjar dock bli gammal och<br />
kommer att behöva bytas ut och/eller uppgraderas under de närmaste 3–5 åren. Det vore<br />
önskvärt att en särskild budget kunde upprättas som tog hand om underhållet och<br />
uppgraderingen av de tunga spektrometrarna. Apparaturen och programvarorna har blivit<br />
alltmer sofistikerade vilket gjort dessa instrument, i <strong>kemi</strong>stens ögon, användbara för många<br />
ändamål där studiet av molekylära aspekter är avgörande. I sin tur är det mer krävande för<br />
användaren, vilket kan motivera att särskilt utbildad personal anställs för att sköta<br />
instrumenten (underhåll, uppgradering, utbildning av nya användare).<br />
Behovet av lättarbetade kromatografisystem (HPLC, GC) kopplade till olika detektorer<br />
(masspektrometrar, UV-diodarray, refraktometrar med mera) är ständigt aktuellt. Denna typ<br />
av utrustning slits hårdare och behöver förnyas oftare.<br />
Screening – Eftersom en del organiska <strong>kemi</strong>ster gör screening av substansbibliotek för<br />
biologiska ändamål är det viktigt att de får tillgång till avancerade plattläsare för att kunna<br />
undersöka så många substanser så snabbt som möjligt. Detta har till exempel organiserats<br />
genom EU Open Screen där laboratorier ibland annat Sverige bidrar med både utrustning och<br />
kompetens. Trots detta finns det forskare vid universiteten som har brist på plattläsare.<br />
Databaser – Alla organiska <strong>kemi</strong>ster vid läroanstalter i Sverige har tillgång till sökmotorer<br />
och databassystem. Möjligen finns det en viss begränsning i antalet licenser men inte större än<br />
att det under dygnet går att få fram den information man önskar.<br />
Laboratorier – Det har under de senaste 20 åren pågått en avsevärd uppgradering eller<br />
nybyggnation av de större universitetens laboratorier för organisk syntes<strong>kemi</strong>. De flesta är nu<br />
i modernt skick och lär vara brukbara i några tiotal år även om de äldsta, från början av 1990talet,<br />
kan vara i behov av att moderniseras eller byggas om. De slits kraftigt och behöver<br />
givetvis underhållas för att uppfylla lagstiftnings- och miljökrav. Kemikalieförvaring och<br />
VR-NT:s webbforum januari 2011 – <strong>Organisk</strong> <strong>kemi</strong>
hantering har blivit ett alltmer krävande område och det kan behövas investeringar i moderna<br />
system för detta.<br />
Stora anläggningar (synkrotronstrålning till exempel) har fått betydelse för organisk <strong>kemi</strong><br />
genom att stora biomolekylers struktur har kunnat avslöjas och ligga till grund för design av<br />
små molekylära system av betydelse för forskning inom bio<strong>kemi</strong>, biomedicin och läkemedel.<br />
I framtiden kan man förvänta sig att MAX IV och ESS kan bli likaledes av vikt för organisk<br />
<strong>kemi</strong>.<br />
VR-NT:s webbforum januari 2011 – <strong>Organisk</strong> <strong>kemi</strong>