Wyjaśnienie: Prosty pomysł, który katalizował reakcje zmieniające zasady gry
Prosty pomysł, na który wpadli List i MacMillan, pracując niezależnie, polegał na poszukiwaniu nowych katalizatorów, substancji używanych do przyspieszania reakcji chemicznych, gdy większość uważała, że utknęła w istniejącym, nieco nieefektywnym zestawie.
2021 Laureaci Benjamin List (po lewej) i David Macmillan. (strona internetowa Nagrody Nobla) Proste idee są często najtrudniejsze do wyobrażenia, powiedział komitet Nagrody Nobla, uhonorowując Benjamina List i Davida MacMillana tegorocznym Noblem w dziedzinie chemii.
Prosty pomysł, na który wpadli List i MacMillan, pracując niezależnie, polegał na poszukiwaniu nowych katalizatorów, substancji używanych do przyspieszania reakcji chemicznych, gdy większość uważała, że utknęła w istniejącym, nieco nieefektywnym zestawie.
| Główna nagroda w dziedzinie ekonomii pracyNowe katalizatory, pochodzące z naturalnie występujących chemikaliów, były bardziej ekologiczne i tańsze, a także zapewniały specyficzną odmianę produktu końcowego reakcji chemicznej — i nie trzeba było przechodzić procesu oczyszczania, aby uzyskać pożądany rodzaj związku.
Komitet Nobla stwierdził, że odkrycie, które zostało nagrodzone Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii 2021, przeniosło konstrukcję molekularną na zupełnie nowy poziom. Jego zastosowania obejmują badania nad nowymi farmaceutykami, a także pomogły uczynić chemię bardziej ekologiczną.
| Niezależni dziennikarze, którzy walczyli o wolność słowaKatalizatory
Kiedy dwa lub więcej związków reaguje, tworząc nowe związki, procesowi często towarzyszą inne chemikalia, które same się nie zmieniają, ale pomagają przyspieszyć reakcję. Katalizatory te znane są co najmniej od połowy XIX wieku i są obecnie stosowane praktycznie w każdym procesie chemicznym.
Do około 2000 roku znane były tylko dwa rodzaje chemikaliów, które działały jako skuteczne katalizatory: metale, głównie metale cięższe; oraz enzymy, naturalnie występujące ciężkie cząsteczki, które ułatwiają wszystkie podtrzymujące życie procesy biochemiczne. Oba te zestawy katalizatorów miały ograniczenia.
Cięższe metale są drogie, trudne do wydobycia i toksyczne dla ludzi i środowiska. Pomimo najlepszych procesów, w produkcie końcowym pozostały ślady; stwarzało to problemy w sytuacjach, gdy wymagane były związki o bardzo wysokiej czystości, np. w produkcji leków. Ponadto metale wymagały środowiska wolnego od wody i tlenu, co było trudne do zapewnienia na skalę przemysłową.
Z drugiej strony enzymy działają najlepiej, gdy jako medium do reakcji chemicznej stosuje się wodę. Ale to nie jest środowisko odpowiednie dla wszelkiego rodzaju reakcji chemicznych.
Kataliza organiczna
List i MacMillan, obaj po 53 lata, zaczęli eksperymentować z prostymi związkami organicznymi. Związki organiczne to w większości substancje występujące w przyrodzie, zbudowane wokół szkieletu atomów węgla i zwykle zawierające wodór, tlen, azot, siarkę lub fosfor. Substancje chemiczne podtrzymujące życie, takie jak białka, które są długimi łańcuchami aminokwasów (związki węgla zawierające azot i tlen) są organiczne. Enzymy to także białka, a więc związki organiczne.
List i MacMillan byli świadomi wcześniejszych badań z lat 70., w których aminokwas zwany proliną był używany jako katalizator w niektórych specyficznych reakcjach. Ale jego rola nie została w pełni zbadana. Zaczęli pracować z poszczególnymi aminokwasami w enzymach — i zdobyli złoto.
| Nobel za odszyfrowanie nauki dotykuKataliza asymetryczna
Poszczególne aminokwasy miały dodatkową zaletę: zapewniały, że w reakcji otrzymano tylko jedną odmianę produktu końcowego.
Substancje mogą mieć dokładnie taki sam skład chemiczny i wzór cząsteczkowy; jednak różnią się znacznie pod względem właściwości. Są znane jako izomery. Jednym z typów izomerów są te, które różnią się sposobem zorientowania poszczególnych atomów w przestrzeni trójwymiarowej. Dwie cząsteczki mogą być dokładnie takie same, z tym wyjątkiem, że są swoimi lustrzanymi odbiciami, tak jak nasze dłonie. Dla uproszczenia naukowcy często określają te cząsteczki jako lewoskrętne lub prawoskrętne. Ta prosta różnica może czasami mieć ogromne konsekwencje, ponieważ umożliwia cząsteczkom wiązanie się w różnych miejscach, gdy wchodzą one w interakcje z innymi cząsteczkami.
Produktem końcowym reakcji chemicznej jest zwykle mieszanina cząsteczek lewoskrętnych i prawoskrętnych. Normalne reakcje chemiczne przeprowadzane w laboratoriach nie są pod tym względem selektywne. Ale natura jest. Ponieważ odbicia lustrzane mogą mieć bardzo różne właściwości, naturalne procesy są niezwykle selektywne i precyzyjne. Produkują cząsteczkę lewoskrętną lub prawoskrętną.
List i MacMillan odkryli, że używając jako katalizatora naturalnego związku, takiego jak aminokwas, uzyskali tylko jedno konkretne lustrzane odbicie produktu końcowego. Zostało to później nazwane katalizą asymetryczną.
List i MacMillan wymyślili absolutną zmianę gry. Dziedzina katalizatorów organicznych, której później MacMillan użył do opisania tych nowych zestawów katalizatorów, eksplodowała w ciągu ostatnich dwóch dekad. Odkryli proste, pomysłowe narzędzie, ale jego wpływ był ogromny, głównie w przemyśle farmaceutycznym, ale także w kilku innych miejscach – powiedział prof. RG Bhat z Indyjskiego Instytutu Edukacji Naukowej i Badań w Pune, który sam pracuje z katalizatorami organicznymi. .
Dr S Chandrashekhar, dyrektor indyjskiego Instytutu Technologii Chemicznej z siedzibą w Hyderabadzie, powiedział, że duże znaczenie tej pracy polega na tym, że procesy są znacznie bezpieczniejsze i bardziej zrównoważone niż wcześniej.
| Pierwszy Nobel w dziedzinie klimatologiiCieszę się również, że komisja Nobla wybrała tym razem przełom w czystej chemii. Powiedział, że w przeszłości Chemistry Nobel często rozpoznawał prace, które zasadniczo należały do dziedziny biologii.
Biuletyn Informacyjny| Kliknij, aby uzyskać najlepsze objaśnienia dnia w swojej skrzynce odbiorczej
Podziel Się Z Przyjaciółmi:
