Selitetty: Yksinkertainen idea, joka katalysoi peliä muuttavia reaktioita

Yksinkertainen idea, jonka List ja MacMillan keksivät itsenäisesti työskennellen, oli etsiä uusia katalyyttejä, aineita, joita käytettiin kemiallisten reaktioiden kiihdyttämiseen, kun useimmat uskoivat niiden olevan jumissa olemassa olevan, jokseenkin tehottoman joukon kanssa.

Vuoden 2021 palkitut Benjamin List (vas.) ja David Macmillan. (Nobel-palkinnon verkkosivu)

Yksinkertaiset ideat ovat usein vaikeimpia kuvitella, Nobel-palkintokomitea sanoi kunnioittaessaan Benjamin Listiä ja David MacMillania tämän vuoden kemian Nobelilla.

Yksinkertainen idea, jonka List ja MacMillan keksivät itsenäisesti työskennellen, oli etsiä uusia katalyyttejä, aineita, joita käytettiin kemiallisten reaktioiden kiihdyttämiseen, kun useimmat uskoivat niiden olevan jumissa olemassa olevan, jokseenkin tehottoman joukon kanssa.

Uudet katalyytit, jotka on johdettu luonnossa esiintyvistä kemikaaleista, olivat vihreämpiä ja halvempia ja varmistivat, että kemiallisen reaktion lopputuote oli tiettyä lajiketta, eikä niiden tarvinnut käydä läpi puhdistusprosessia halutun tyyppisen yhdisteen saamiseksi.

Vuoden 2021 kemian Nobel-palkinnon saanut löytö on nostanut molekyylirakentamisen täysin uudelle tasolle, Nobel-komitea sanoi. Sen käyttötarkoituksiin kuuluu uusien lääkkeiden tutkimus, ja se on myös auttanut tekemään kemiasta vihreämpää.

Katalyytit

Kun kaksi tai useampia yhdisteitä reagoivat muodostaen uusia yhdisteitä, prosessia helpottavat usein muut kemikaalit, jotka eivät muutu itsestään, mutta nopeuttavat reaktiota. Nämä katalyytit ovat olleet tunnettuja ainakin 1800-luvun puolivälistä lähtien, ja niitä käytetään nykyään lähes kaikissa kemiallisissa prosesseissa.

Vuoteen 2000 asti vain kahdenlaisia ​​kemikaaleja tiedettiin toimineen tehokkaina katalyytteinä: metallit, pääasiassa raskaammat metallit; ja entsyymejä, luonnossa esiintyviä raskaita molekyylejä, jotka helpottavat kaikkia elämää ylläpitäviä biokemiallisia prosesseja. Molemmilla näillä katalyyttisarjoilla oli rajoituksia.

Raskaammat metallit ovat kalliita, vaikeita louhia ja myrkyllisiä ihmisille ja ympäristölle. Parhaista prosesseista huolimatta lopputuotteeseen jäi jälkiä; tämä aiheutti ongelmia tilanteissa, joissa vaadittiin erittäin puhtaita yhdisteitä, kuten lääkkeiden valmistuksessa. Myös metallit vaativat vedestä ja hapettomasta ympäristöstä, mitä oli vaikea varmistaa teollisessa mittakaavassa.

Toisaalta entsyymit toimivat parhaiten, kun vettä käytetään kemiallisen reaktion väliaineena. Mutta se ei ole sopiva ympäristö kaikenlaisille kemiallisille reaktioille.

Organokatalyysi

List ja MacMillan, molemmat 53, alkoivat kokeilla yksinkertaisia ​​orgaanisia yhdisteitä. Orgaaniset yhdisteet ovat enimmäkseen luonnossa esiintyviä aineita, jotka on rakennettu hiiliatomien ympärille ja sisältävät yleensä vetyä, happea, typpeä, rikkiä tai fosforia. Elämää ylläpitävät kemikaalit, kuten proteiinit, jotka ovat pitkiä aminohappoketjuja (typpeä ja happea sisältävät hiiliyhdisteet), ovat orgaanisia. Entsyymit ovat myös proteiineja ja siten orgaanisia yhdisteitä.

List ja MacMillan olivat tietoisia aiemmasta 1970-luvun tutkimuksesta, jossa proliini-nimistä aminohappoa käytettiin katalysaattorina joissakin erityisissä reaktioissa. Mutta sen roolia ei täysin tutkittu. He alkoivat työskennellä yksittäisten aminohappojen kanssa entsyymeissä - ja saavuttivat kultaa.

Epäsymmetrinen katalyysi

Yksittäisillä aminohapoilla oli lisäetu: ne varmistivat, että reaktiossa saatiin vain yksi lopputuotteen lajike.

Aineilla voi olla täsmälleen sama kemiallinen koostumus ja molekyylikaava; mutta eroavat suuresti ominaisuuksiltaan. Ne tunnetaan isomeereinä. Eräs isomeerityyppi on ne, jotka eroavat tavasta, jolla yksittäiset atomit ovat suuntautuneet kolmiulotteisessa avaruudessa. Kaksi molekyyliä voivat olla täsmälleen samat, paitsi että ne ovat peilikuvia toisistamme, kuten kätemme. Yksinkertaisuuden vuoksi tiedemiehet kutsuvat näitä molekyylejä usein vasenkätisiksi tai oikeakätisiksi. Tällä yksinkertaisella erolla voi joskus olla valtavia seurauksia, koska sen avulla molekyylit voivat sitoutua eri paikoissa, kun ne ovat vuorovaikutuksessa muiden molekyylien kanssa.

Kemiallisen reaktion lopputuote on yleensä sekoitus vasenkätisiä ja oikeakätisiä molekyylejä. Laboratorioissa suoritettavat normaalit kemialliset reaktiot eivät ole tässä suhteessa valikoivia. Mutta luonto on. Koska peilikuvilla voi olla hyvin erilaisia ​​ominaisuuksia, luonnolliset prosessit ovat erittäin valikoivia ja tarkkoja. Ne tuottavat joko vasen- tai oikeakätisen molekyylin.

List ja MacMillan havaitsivat, että käyttämällä luonnollista yhdistettä, kuten aminohappoa katalyyttinä, he saivat vain yhden spesifisen peilikuvan lopputuotteesta. Tätä kutsuttiin myöhemmin epäsymmetriseksi katalyysiksi.

List ja MacMillan keksivät ehdottoman pelin muuttajan. Organokatalyyttien ala, jota MacMillan käytti myöhemmin kuvaamaan näitä uusia katalyyttisarjoja, on kasvanut räjähdysmäisesti viimeisen kahden vuosikymmenen aikana. He löysivät yksinkertaisen, nerokkaan työkalun, mutta sen vaikutus on ollut valtava, pääasiassa lääketeollisuudessa, mutta myös useissa muissa paikoissa, sanoi professori RG Bhat Intian tiedekasvatus- ja tutkimusinstituutista Punessa, joka työskentelee itse organokatalyyttien parissa. .

Tohtori S Chandrashekhar, Hyderabadissa toimivan Indian Institute of Chemical Technologyn johtaja, sanoi, että työn suuri merkitys oli, että se teki prosesseista paljon turvallisempia ja kestävämpiä kuin aikaisemmin.

Olen myös erittäin iloinen voidessani todeta, että Nobel-komitea valitsi tällä kertaa läpimurron puhtaassa kemiassa. Aiemmin kemian Nobel on usein tunnustanut työn, joka kuului olennaisesti biologian alueeseen, hän sanoi.

Uutiskirje| Napsauta saadaksesi päivän parhaat selitykset postilaatikkoosi

Jaa Ystäviesi Kanssa: