 |
Nghiên cứu sinh San Pham. |
Bài báo trên tạp chí Organic Letters là một đột phá, một chiến công của các nhà hóa học ĐH Emory, Mỹ. "Phương pháp của chúng tôi giúp dễ tái tạo và dựa trên những hợp chất phổ biến, giá rẻ", San Pham, một nghiên cứu sinh và là tác giả thứ nhất của bài báo, nói. "Chúng tôi có thể áp dụng phương pháp này để tạo ra những hợp chất tự nhiên đa thành phần, bao gồm các vinylic ethers mới".
Nghiên cứu của cô làm cải thiện tính tin cậy, hiệu suất và tính phổ dụng của phản ứng Chan-Evans-Lam. Điều này làm tăng cường sự mở rộng tiềm năng của phản ứng này với việc tổng hợp các thành phần phức tạp có hoạt chất có tính sinh học cao cho phát triển thuốc.
"San Pham đã chứng tỏ là phương pháp mới của chúng tôi có thể áp dụng với rất nhiều sự kết hợp của các chất phản ứng, tạo ra được ít nhất 15 thành phần mới mà trước đây chưa từng biết tới và có thể vô cùng khó để chuẩn bị cho những chiến lược tổng hợp đã biết khác", Frank McDonald, tác giả liên hệ của bài báo, nói.
Phòng thí nghiệm của McDonald khám phá và cải thiện những phương pháp cho chuẩn bị các hợp chất hữu cơ – cụ thể là những hợp chất có đặc tính sinh học có thể trở thành những tác nhân thuốc mới.
Một trong những mối quan tâm của ông là tổng hợp plasmalogens, một dạng phân tử béo được tìm thấy chủ yếu ở các màng tế bào. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy plasmalogens đã tham gia vào một số hoạt động sinh học có lợi, bao gồm chống ô xy hóa và chống viêm.
Vinylic ethers – bao gồm một nguyên tử ô xy gắn trực tiếp vào một nguyên tử carbon có liên kết với một nguyên tử carbon khác – là các chất trung gian tổng hợp quan trọng với sự tổng hợp nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học. Một vinylic ether cụ thể, gắn với một alkene, là chất trung gian cho plasmalogen.
Chỉ có vài phương pháp tổng hợp vinylic ethers với alkene gắn, đã làm giới hạn khả năng ứng dụng của chúng.
Trong vòng gần sáu năm, phòng thí nghiệm của McDonald đã tập trung vào phát triển một cách hiệu quả trong việc tạo ra các khối cơ bản quan trọng đó. Một chiến luwocj là cố gắng tận dụng phản ứng Chan-Evans-Lam reaction. Được phát triển 25 năm trước, phản ứng Chan-Evans-Lam là một phản ứng ghép chéo hình thành liên kết carbon-carbon với sự hỗ trợ của một xúc tác đồng.
Trong khi phản ứng này được thực hiện tốt với một số chất phản ứng đơn giản, phòng thí nghiệm của McDonald đã phát hiện ra nó chỉ tạo ra một lượng hợp chất rất nhỏ khi liên kết hai hợp chất phản ứng phức tạp. Do đó, phương pháp này không thực tế trong tổng hợp phần tử cần thiết để tạo ra vinylic ethers.
"phản ứng này cũng hơi thất thường", McDonald giải thích. "Không dễ để tái tạo và cũng không dễ để tinh chỉnh phù hợp với nhu cầu của chúng tôi".
Trong vòng hai năm, phòng thí nghiệm của ông đã gần như từ bỏ cuộc tìm kiếm cách thúc đẩy tiềm năng của phản ứng Chan-Evans-Lam. Sau đó San Pham đồng ý tham gia dự án.
"Tôi yêu việc giải các bài toán, càng thách thức càng tốt", San Pham nói.
Ngay cả khi rời phòng thí nghiệm, cô cũng nghĩ đến việc phá vỡ những câu đố. "Tôi thường thích giải sudoku, và tôi thường giải các ô chữ trên New York Times", cô nói. "Tôi làm điều đó mỗi ngày".
Lớn lên ở TPHCM, San Pham mơ ước trở thành bác sĩ. Cô đã nhận được học bổng toàn phần tại trường Albion College ở Michigan, chủ yếu thời gian ở đó tập trung vào sinh hóa, hướng tới trường y và cả âm nhạc. "Tôi đã bắt đầu chơi piano từ khi sáu tuổi. Tôi chưa bao giờ mất đi niềm đam mê âm nhạc bởi âm nhạc là nơi giúp tôi bộc lộ bản thân mình".
Khi thực hiện bài kiểm tra về y học, San Pham bắt đầu nghĩ lại về kế hoạch trở thành bác sĩ của mình. "Tôi nhận ra là trường Y đòi hỏi nhiều khả năng ghi nhớ và cảm giác là không hướng tôi về mặt trí tuệ. Nó không khiến tôi hào hứng", cô nói.
Và cô khám phá ra là mình yêu thích làm nghiên cứu trong một phòng thí nghiệm hóa.
San Pham tới Emory bốn năm để làm nghiên cứu sinh và một mục tiêu nghề nghiệp là trở thành nhà nghiên cứu hóa học. Cô phát hiện ra người cố vấn lý tưởng ở McDonald.
"Ông vô cùng hiểu biết nhưng nếu ông không biết ngay câu trả lời thì ông ấy nói sẽ xem xét và sau đó tìm cách trả lời", San Pham nói. "Ông luôn luôn dễ chịu và ôn hòa. Tôi cũng hay bị căng thẳng nên cần có những người như ông để cảm thấy thực sự cân bằng".
"San sống động và tràn đầy năng lượng", McDonald nói. "Bên cạnh việc sẽ trở thành một nhà khoa học xuất sắc trong tương lai, cô ấy còn thích đá bóng và là một nghệ sĩ piano giỏi". Ông thường tới dự các buổi biểu diễn của San.
Sự tò mò không ngừng của San Pham là một phẩm chất quan trọng, ông cho biết thêm. "Cô ấy hào hứng với một cuộc truy tìm như thám tử. và cô ấy không dễ dàng bỏ cuộc".
Một vấn đề mà phòng thí nghiệm này gặp phải với phản ứng Chan-Evans-Lam là xúc tac đồng là một phức hợp dimer – hai phân tử gắn lại với nhau. Để xúc tác dạng phản ứng chuỗi đó, họ tìm kiếm các phân tử đồng kết cặp cần thiết để phá vỡ thành các monomers, hay các đơn phân tử.
"Tôi bắt đầu đọc các bài báo hóa học hữu cơ về việc phá vỡ dạng dimer này song các bài báo đều không có chút liên quan nào đến phản ứng này", Pham kể.
Cô mất nhiều tháng cho cuộc nghiên cứu này, tìm kiếm vô số bài báo.
"Việc thực hiện các thí nghiệm ngẫu nhiên tiêu tốn nhiều thời gian và nguồn lực. vì vậy tôi có chiến lược cho thiết kế phản ứng của mình", Pham giải thích. "Đọc là cách tôi phát triển các giả thuyết chiến lược cho từng phản ứng mà tôi thực hiện".
Cô phát hiện ra một bài báo nói về việc sử dụng một ligand cụ thể - một chất hoạt hóa xúc tác liên kết với một kim loại – để tách dimer đó thành các monomer.
Cô đã thực hiện nhiều thí nghiệm bằng chất xúc tác mới để tổng hợp hợp chất thí nghiệm.
Kết quả thu được chỉ có 20% hợp chất đích, quá thấp cho một tỉ lệ để tạo ra một phương pháp có thể áp dụng trong thực tế. San Pham sàng lọc nhiều chất hoạt hóa xúc tác có những đặc trưng tương tự.
"Dù cố gắng đến thế nào thì tôi cũng không thể cải thiện hiệu suất lên 50%, nghĩa là nó cũng không đủ tốt", cô nói "Tôi đã húc phải tường rồi".
San Pham đã tiến hành nhiều thực nghiệm để dò và phân tích từng bước trong quá trình phản ứng để hiểu vì sao nó lại không hiệu quả. Cô phát hiện ra bước mà phản ứng tạo ra một hợp chất phụ không mong muốn. Điều đó giúp cô hiểu chất xúc tác cần thiết tái tạo nhanh hơn, phù hợp với cách tạo ra hợp chất đích.
"Tại điểm đó tôi cố gắng dùng khí oxy như một tá chất tái tạo chất xúc tác", San Pham nói. "Tôi đã sử dụng một bong bóng để bơm oxy. Thật thách thức để đảm bảo có lượng oxy cần thiết".
San Pham trở lại với tài liệu, dành nhiều tháng để đọc các bài báo về cơ chế xúc tác và tái tạo. Cô phát hiện ra một manh mối cần thiết: một bài nêu việc sử dụng peroxide hữu cơ như một bộ tái sinh chất xúc tác tốt hơn khí oxy để vượt qua một tình trạng tương tự.
"Về cơ bản, tôi đã trúng số", Pham nói.
Cô thực hiện nhiều thực nghiệm với mảnh ghép cuối cùng của bài toán ở đúng chỗ đó.
Nỗ lực của San Pham đã làm tăng tốc phản ứng, giảm việc tạo ra hợp chất không mong muốn và thúc đẩy hiệu suất tạo hợp chất đích tới 80%.
Cô cũng tạo được ít nhất 15 hợp chất mới khác nhau mà chưa được tài liệu nào ghi nhận – thể hiện một điều là phương pháp của cô có thể ứng dụng trên một phổ rộng các cấu trúc phức hợp quan trọng cho khám phá thuốc.
Phòng thí nghiệm McDonald giờ đã xây dựng cho công việc chính của San Pham là theo đuổi nghiên cứu plasmalogen.
"Những nỗ lực của San Pham khiến cho phản ứng nay thực tế hơn và hữu dụng hơn", McDonald nói. "Chất xúc tác mới và các hợp chất phản ứng đều giá rẻ và an toàn cho sử dụng, và chúng tôi hy vọng các nhà nghiên cứu khác cũng sẽ khám phá tiềm năng của nó cho các ứng dụng tổng hợp khác nhau".
Bài báo của họ miêu tả phương pháp này là một đột phá giúp mở ra một phổ ứng dụng rộng hơn. "Tôi hy vọng khi ai đó gặp phải vấn đề trong khi nghiên cứu về những hợp chất tương tự và có ý định từ bỏ, họ sẽ đọc bài báo của chúng tôi và tìm thấy manh mối có thể giúp họ có niềm tin tiếp tục", San Pham nói.
Nguồn: phys.org
Bài đăng KH&PT số 1361 (số 37/2025)
Anh Vũ