Forklaret: Simpel idé, der katalyserede spilskiftende reaktioner

Den enkle idé, som List og MacMillan kom op med, og arbejdede uafhængigt, var at lede efter nye katalysatorer, de stoffer, der blev brugt til at fremskynde kemiske reaktioner, når de fleste troede, at de sad fast i et eksisterende, noget ineffektivt sæt.

2021-pristagere Benjamin List (til venstre) og David Macmillan. (Nobelprisens hjemmeside)

Simple ideer er ofte de sværeste at forestille sig, sagde Nobelpriskomiteen, mens han hædrede Benjamin List og David MacMillan med dette års Kemi Nobel.

Den enkle idé, som List og MacMillan kom op med, og arbejdede uafhængigt, var at lede efter nye katalysatorer, de stoffer, der blev brugt til at fremskynde kemiske reaktioner, når de fleste troede, at de sad fast i et eksisterende, noget ineffektivt sæt.

De nye katalysatorer, afledt af naturligt forekommende kemikalier, var grønnere og billigere og sikrede, at slutproduktet af den kemiske reaktion var af en bestemt sort - og ikke behøvede at gennemgå en oprensningsproces for at give den ønskede type forbindelse.

Opdagelsen, der bliver tildelt Nobelprisen i kemi 2021, har taget molekylær konstruktion til et helt nyt niveau, sagde Nobelkomiteen. Dets anvendelser omfatter forskning i nye lægemidler, og det har også bidraget til at gøre kemi grønnere.

Katalysatorer

Når to eller flere forbindelser reagerer for at danne nye forbindelser, bliver processen ofte hjulpet af andre kemikalier, som ikke ændrer sig selv, men hjælper med at fremskynde reaktionen. Disse katalysatorer har været kendt i det mindste siden midten af ​​det 19. århundrede og bruges i stort set alle kemiske processer i disse dage.

hvor meget er Jeffrey Star værd

Indtil omkring 2000 var der kun to slags kemikalier kendt for at fungere som effektive katalysatorer: metaller, hovedsageligt tungere metaller; og enzymer, naturligt forekommende tunge molekyler, der letter alle livsbærende biokemiske processer. Begge disse sæt katalysatorer havde begrænsninger.

Tyngre metaller er dyre, svære at udvinde og giftige for mennesker og miljø. På trods af de bedste processer forblev der spor i slutproduktet; dette gav problemer i situationer, hvor der var behov for forbindelser af meget høj renhed, som ved fremstilling af medicin. Metaller krævede også et miljø frit for vand og ilt, hvilket var svært at sikre i industriel skala.

Enzymer på den anden side fungerer bedst, når vand bruges som medium til den kemiske reaktion. Men det er ikke et miljø, der er egnet til alle former for kemiske reaktioner.

Organo-katalyse

List og MacMillan, begge 53, begyndte at eksperimentere med simple organiske forbindelser. Organiske forbindelser er for det meste naturligt forekommende stoffer, bygget op omkring en ramme af kulstofatomer og normalt indeholder brint, oxygen, nitrogen, svovl eller fosfor. Livsstøttende kemikalier som proteiner, som er lange kæder af aminosyrer (kulstofforbindelser indeholdende nitrogen og oxygen) er organiske. Enzymer er også proteiner og derfor organiske forbindelser.

List og MacMillan var opmærksomme på tidligere forskning fra 1970'erne, hvor en aminosyre kaldet prolin blev brugt som katalysator i nogle specifikke reaktioner. Men dens rolle blev ikke fuldt ud undersøgt. De begyndte at arbejde med individuelle aminosyrer i enzymer - og slog guld.

Asymmetrisk katalyse

De individuelle aminosyrer havde en ekstra fordel: de sikrede, at kun én variant af slutproduktet blev givet i reaktionen.

Stoffer kan have nøjagtig samme kemiske sammensætning og molekylformel; dog adskiller sig meget i deres egenskaber. De er kendt som isomerer. En type isomerer er dem, der adskiller sig i den måde, individuelle atomer er orienteret i tredimensionelt rum. To molekyler kunne være nøjagtig ens, bortset fra at de er spejlbilleder af hinanden, ligesom vores hænder. For nemheds skyld refererer forskere ofte til disse molekyler som venstrehåndede eller højrehåndede. Denne simple forskel kan nogle gange have enorme konsekvenser, fordi den gør det muligt for molekylerne at binde sig forskellige steder, når de interagerer med andre molekyler.

Slutproduktet i en kemisk reaktion er normalt en blanding af venstrehåndede og højrehåndede molekyler. De normale kemiske reaktioner udført i laboratorier er ikke selektive i denne henseende. Men naturen er. Fordi spejlbillederne kan have meget forskellige egenskaber, er naturlige processer ekstremt selektive og præcise. De producerer enten et venstrehåndet eller et højrehåndet molekyle.

List og MacMillan opdagede, at ved at bruge en naturlig forbindelse som en aminosyre som katalysator, opnåede de kun ét specifikt spejlbillede af slutproduktet. Dette blev senere kaldt asymmetrisk katalyse.

List og MacMillan kom op med en absolut game changer. Området for organiske katalysatorer, et navn som MacMillan senere brugte til at beskrive disse nye sæt katalysatorer, er eksploderet i de sidste to årtier. De opdagede et simpelt, genialt værktøj, men dets indvirkning har været enorm, hovedsageligt i den farmaceutiske industri, men også flere andre steder, sagde prof RG Bhat fra Indian Institute of Science Education and Research i Pune, som selv arbejder med organokatalysatorer. .

Dr. S Chandrashekhar, direktør for det Hyderabad-baserede Indian Institute of Chemical Technology, sagde, at den store betydning af arbejdet var, at det gjorde processerne meget sikrere og mere bæredygtige end tidligere.

hvor meget får vild n ud kastet betalt

Jeg er også meget glad for at bemærke, at Nobelkomiteen valgte et gennembrud inden for ren kemi denne gang. Tidligere har Kemi Nobel ofte anerkendt arbejde, der i det væsentlige tilhørte biologiens område, sagde han.

Nyhedsbrev| Klik for at få dagens bedste forklaringer i din indbakke

Del Med Dine Venner: