ויליאם נולס

ויליאם סטאנדיש נולס (באנגלית: William Standish Knowles)  (1 ביוני 1917 – 13 ביוני 2012) היה כימאי אמריקאי וחתן פרס נובל לכימיה בשנת 2001 (במשותף עם ריוג'י נויורי ולצד קרל בארי שארפלס). הוא היה הראשון שהצליח ליצור במעבדה סינתזה אסימטרית מזורזת, כלומר תגובה סטריאוסלקטיבית בעזרת זרז כיראלי. פריצת דרך כימית זו מצאה יישום נרחב בתעשיית התרופות.

חייו ועבודתו
נולס נולד במדינת מסצ'וסטס בארצות הברית. בשנת 1939 הוא סיים את לימודי התואר הראשון בכימיה באוניברסיטת הרווארד, ומשם המשיך ללימודי דוקטורט באוניברסיטת קולומביה. הוא סיים את לימודיו ב-1942 ופנה לעבוד בחברה קטנה שבמהרה התמזגה עם חברת מונסנטו.

במהלך מלחמת העולם השנייה השקיעה התעשייה האמריקאית מאמץ רב בייצור אמצעי לחימה ועזרים אחרים לצבא. תחילה עסק נולס בסינתזה של חומר בשם הקסמתילנטטרמין המשמש לייצור חומר הנפץ RDX, ולאחר שנתיים הוא החל לעסוק בסינתזה של בנזיל בנזואט שנשלח לחיילים בחזית בתור חומר דוחה קרדיות. פרויקטים נוספים שבהם השתתף נולס בתקופה זו היו ייצור סינתטי של ונילין וייצור של האנטיביוטיקה כלורמפניקול.

לאחר המלחמה החלה חברת מונסנטו לנסות לשווק קורטיזון סינתטי כתרופה, ולשם כך נשלח נולס למספר חודשים, בשנת 1951, לעבוד במעבדתו של פרופ' וודוורד באוניברסיטת הרווארד. הוא הצליח לפשט את תהליך הסינתזה שפותח במעבדה זו מחמישים שלבים לשלושים ושישה, אולם מבחינה כלכלית הפרויקט כשל, ולא עמד בתחרות עם הפקת הסטרואיד מהצמח יאם מקסיקני.

בסוף שנות ה-50 היה נולס מעורב בפרויקט מוצלח שמטרתו הייתה שיפור תהליכי ייצור של חומרים כימיים. במסגרת פרויקט זה, ערך נולס מחקר קינטי שייעל את ייצורן של מולקולות ארומטיות פשוטות. באמצע שנות ה-60 של המאה ה-20 החל נולס לעסוק בסינתזה אסימטרית, והמשיך לעבוד על אותו נושא במשך עשרים שנה. הוא פרש לגמלאות בשנת 1986, ובשנים שלאחר מכן המשיך לעסוק בייעוץ.

סינתזה אסימטרית מזורזת

בשנות ה-60, השיטות לסינתזה של חומרים כיראליים היו מסורבלות ויקרות. הן כללו שיטות ביוכימיות, או שיטות כימיות של יצירת תערובת רצמית והפרדה של האיזומר בדרך יקרה ומרובת שלבים. בתקופה זו, התעורר צורך כלכלי לפישוט ולהוזלת השיטות.

נולס, שעסק בסטריאוכימיה כבר בפרויקטים קודמים, למשל בסינתזה של קורטיזון, החליט לנסות להשתמש בזרז שיאפשר ייצור סלקטיבי של האננטיומר הרצוי. שיטה זו, הקרויה "סינתזה אסימטרית מזורזת" מדמה את פעולתם של האנזימים בטבע. הוא הראה בשנת 1968 שזרז כיראלי המבוסס על מתכת מעבר יכול להעביר את הכיראליות שלו לסובסטרט אכיראלי. בתגובה כימית כזו יכול להתקבל תוצר כיראלי עם אננטיומר אחד בעודף.

בעקבות מחקר של קבוצה אחרת שנערך בשנים אלו, ידע נולס שזרז המבוסס על רודיום ופוספינים יעיל בתגובות הידרוגנציה. כמו כן שמע נולס על מחקר נוסף שהראה כי ניתן להכין פוספינים כיראליים. הוא החליט להשתמש בשתי התוצאות ולהכין זרז המבוסס על רודיום ועל פוספינים כיראליים. התוצאות הראשוניות נתנו יעילות נמוכה, כלומר התקבלה כמות נמוכה מהתוצר הרצוי. בהמשך המחקר הוא שיפר את מולקולת הזרז, והצליח להגדיל את היעילות במידה ניכרת.

היישום התעשייתי הראשון של שיטת נולס, היה בסינתזה של החומצה האמינית הנדירה L-4,3-דיהידרוקסיפנילאלנין, המוכרת בשם L-DOPA. בתקופה זו התגלה שהחומר, הנדיר מאוד בטבע, מגביר את ייצור הדופמין אצל חולי מחלת פרקינסון, והייתה דרישה גדולה לייצורו. בשלב הראשון של הסינתזה מיוצר אננטיומר L בעודף אננטיומרי (enantiomeric excess) של 95% (מסומן כ-95%ee), בעזרת זרז כיראלי המכיל רודיום ופוספינים. השלב השני הוא שלב הידרוליזה פשוט. כיום, שיטתו של נולס, ושיטות נוספות המבוססות עליה משמשות לייצורן של תרופות שבהן רק אחד האננטיומרים מבצע את פעולת הריפוי.

ראו גם
 כיראליות
 סטריאוסלקטיביות

קישורים חיצוניים

 
 מאמר על ויליאם נולס ועל עבודתו 
 

כימאים אמריקאים
זוכי פרס נובל לכימיה
חברי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית
זוכי פרס נובל לשנת 2001
אמריקאים שנולדו ב-1917
אמריקאים שנפטרו ב-2012