מאקוטו פוג'יטה

מאקוטו פוג'יטה זוכה פרס וולף בכימיה - 2018
מאקוטו פוג'יטה

פרס קרן וולף לשנת 2018 בתחום הכימיה יוענק למאקוטו פוג'יטה מאוניברסיטת טוקיו על הישגיו בתחום הכימיה הסופראמולקולרית.

הכימיה המסורתית התמקדה בקשרים תוך-מולקולריים, בעיקר בקשרים הקוולנטיים החזקים הנוצרים כששני אטומים משתפים ביניהם אלקטרון אחד או יותר. לעומת זאת הכימיה הסופראמולקולרית עוסקת בחקר קשרים ופעולות-גומלין (אינטראקציות) בין מולקולות – מחקר המקדם פיתוח חומרים חדישים בעלי תכונות ייחודיות שהן לעתים שימושיות מאוד.

מאקוטו פוג'יטה מאוניברסיטת טוקיו (יליד 1957) קודם במהירות במהלך הקריירה האקדמאית שלו, ובגיל 42 מונה לפרופסור מן המניין באוניברסיטת נאגויה; שלוש שנים אחר-כך (2002) התמנה לאותה עמדה באוניברסיטת טוקיו, הטובה שבאוניברסיטאות יפן. הוא הוכר עד מהרה כאחד מחלוצי תחום הכימיה הסופראמולקולרית, וזכה בשלל פרסים: פרס ארתור ק' קופ מהאגודה האמריקנית לכימיה, פרס איזט-כריסטנסן הבינלאומי לכימיה מאקרו-ציקלית, פרס האגודה הבינלאומית למדע, חישוב והנדסה בקנה-מידה נאנומטרי (ISNSCE), מדליית האגודה האמריקנית לכימיה על-שם פרד בזולו ומדליית הכסף של נאגויה. יבולו האקדמי המרשים של פוגי'טה, החל מראשית הקריירה האקדמית ועד היום (כלומר בין 1980 ו-2017) מונה כ-330 פרסומים. 

תרומתו העיקרית של מאקוטו פוג'יטה מאוניברסיטת טוקיו לכימיה הסופראמולקולרית היא פיתוח שיטה חדשה ליצירת מבנים על-מולקולריים המכונה "סינתזה עם הכוונה מתכתית" או "הרכבה-עצמית עם הכוונה מתכתית". שיטה חדשנית זו מאפשרת הרכבה מהירה וספונטנית (תחת תנאים תרמודינמיים מסוימים) של חומרים סופראמולקולריים, והיא קלה ויעילה בהרבה מהשיטות המסורבלות, המייגעות והמאוד לא יעילות שהיו נהוגות לפני כן לסנתוז חומרים מסוג זה. כבר ב-1990 פרסם פוג'יטה מאמר שבו תיאר שיטה זו לסנתוז חומרים בקנה מידה נאנומטרי המכילים יוני מתכת וגם מולקולות אורגניות שונות (כלומר מולקולות המכילות אטומי פחמן ומימן הקשורים זה לזה). פוג'יטה ועמיתיו השתמשו בשיטה זו לסנתז תחילה ריבוע מולקולרי שבכל אחד מארבעת קודקודיו ניצב אטום המתכת פלדיום, Pd (H הוא מימן, N חנקן ו-O חמצן)

בשנים שלאחר מכן שימשה שיטה זו לבניית מולקולות, נאנו-מבנים וחומרים מורכבים יותר ויותר. קבוצתו של פוג'יטה סינתזה למשל על-מולקולות תלת-ממדיות נקבוביות (המכונות "כלובים"), שניתן להשתמש בהן כמעין "מיכלים" מולקולריים המאחסנים מולקולות קטנות יותר. מבנה זה עשוי להקנות לחומרים הלכודים תכונות כימיות חדשות: למשל, הוא יכול להגביר את מסיסותן של תרופות ולפיכך גם את יעילותן.

לפני מספר שנים עלה בידי פוג'יטה ועמיתיו לסנתז בעזרת שיטתם כלוב גדול דיו לאחסן מולקולות חלבון בנקבוביותיו; יש לכך חשיבות מעשית רבה, שכן תרופות חדשות רבות מבוססות על חלבונים. ב-2016 הם הצליחו להרכיב כלוב גדול מאוד יחסית שרוחבו 8 נאנומטרים (נאנומטר הוא מיליארדית המטר), ומאוחר יותר באותה השנה הוכיחו באופן תיאורטי שניתן בעזרת שיטת ההרכבה-עצמית שפיתחו לצרף 144 (!) כלובים כאלה לכלוב ענקי יציב אחד. שימוש מקובל נוסף לחומרים שסונתזו בשיטת ההרכבה העצמית הוא כזרזים (קטליזטורים) המאיצים תגובות כימיות שבהיעדרם מתרחשות באטיות רבה. 

יישום חשוב ומעניין במיוחד של ה"כלובים" הגדולים הללו, שפותח בידי פוג'יטה עצמו, הוא האפשרות להשתמש בהם לצורך קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן (לחקר מבנה גבישי של חומר) מבלי צורך אפילו להפיק גביש של החומר הנבדק: במקום זאת החומר הנבדק "נכלא" בכלוב מסונתז הממקם ומייצב אותו באופן המאפשר את בחינתו הישירה באמצעות קריסטלוגרפיה רגילה.