Објашњено: Једноставна идеја која је катализовала реакције промене игре

Једноставна идеја на коју су Лист и Мекмилан дошли, радећи независно, била је да траже нове катализаторе, супстанце које се користе за убрзавање хемијских реакција, када је већина веровала да су заглављене са постојећим, помало неефикасним скупом.

Лауреати за 2021. Бењамин Лист (лево) и Давид Мацмиллан. (веб страница Нобелове награде)

Једноставне идеје је често најтеже замислити, рекао је комитет за доделу Нобелове награде док је Бенџамин Лист и Дејвид Мекмилан доделио овогодишњу Нобелову награду за хемију.

Једноставна идеја на коју су Лист и Мекмилан дошли, радећи независно, била је да траже нове катализаторе, супстанце које се користе за убрзавање хемијских реакција, када је већина веровала да су заглављене са постојећим, помало неефикасним скупом.

Нови катализатори, добијени од хемикалија које се јављају у природи, били су зеленији и јефтинији и обезбеђивали су да крајњи производ хемијске реакције буде одређене врсте — и није морао да прође кроз процес пречишћавања да би се добио жељени тип једињења.

Откриће које је награђено Нобеловом наградом за хемију 2021. подигло је молекуларну конструкцију на потпуно нови ниво, саопштио је Нобелов комитет. Његова употреба укључује истраживање нових фармацеутских производа, а такође је помогла да се хемија учини зеленијом.

Катализатори

Када два или више једињења реагују да би формирала нова једињења, процес је често потпомогнут другим хемикалијама које се саме не мењају, али помажу да се реакција убрза. Ови катализатори су познати најмање од средине 19. века, а данас се користе у готово свим хемијским процесима.

До око 2000. године, само две врсте хемикалија су биле познате да делују као ефикасни катализатори: метали, углавном тежи метали; и ензими, природни тешки молекули који олакшавају све биохемијске процесе који подржавају живот. Оба ова сета катализатора су имала ограничења.

Тежи метали су скупи, тешки за копање и токсични за људе и животну средину. Упркос најбољим процесима, у крајњем производу су остали трагови; ово је представљало проблеме у ситуацијама када су била потребна једињења веома високе чистоће, као у производњи лекова. Такође, метали су захтевали окружење без воде и кисеоника, што је било тешко обезбедити у индустријском обиму.

Ензими, с друге стране, најбоље функционишу када се вода користи као медијум за хемијску реакцију. Али то није окружење погодно за све врсте хемијских реакција.

Органо-катализа

Лист и Мекмилан, обоје 53, почели су да експериментишу са једноставним органским једињењима. Органска једињења су углавном супстанце које се јављају у природи, изграђене око оквира атома угљеника и обично садрже водоник, кисеоник, азот, сумпор или фосфор. Хемикалије које одржавају живот, попут протеина, који су дуги ланци аминокиселина (угљенична једињења која садрже азот и кисеоник) су органске. Ензими су такође протеини, а самим тим и органска једињења.

Лист и Мекмилан су били свесни ранијих истраживања из 1970-их, у којима је амино киселина звана пролин коришћена као катализатор у неким специфичним реакцијама. Али његова улога није у потпуности истражена. Почели су да раде са појединачним аминокиселинама у ензимима - и погодили злато.

Асиметрична катализа

Појединачне аминокиселине су имале додатну предност: обезбедиле су да се у реакцији добије само једна врста крајњег производа.

Супстанце могу имати потпуно исти хемијски састав и молекулску формулу; ипак се увелико разликују по својим својствима. Они су познати као изомери. Једна врста изомера су они који се разликују по начину на који су појединачни атоми оријентисани у тродимензионалном простору. Два молекула могу бити потпуно иста, осим што су један другог у огледалу, као наше руке. Ради једноставности, научници често називају ове молекуле леворуким или дешњацима. Ова једноставна разлика понекад може имати огромне последице, јер омогућава молекулима да се вежу на различитим локацијама када су у интеракцији са другим молекулима.

Крајњи производ у хемијској реакцији је обично мешавина леворуких и десноруких молекула. Нормалне хемијске реакције које се спроводе у лабораторијама нису селективне у овом погледу. Али природа јесте. Пошто слике у огледалу могу имати веома различита својства, природни процеси су изузетно селективни и прецизни. Они производе или леворуки или десноруки молекул.

Лист и МацМиллан су открили да коришћењем природног једињења попут аминокиселине као катализатора добијају само једну специфичну слику у огледалу крајњег производа. Ово је касније названо асиметрична катализа.

Лист и Макмилан су дошли до апсолутне промене игре. Област органо-катализатора, назив који је МацМиллан касније користио да опише ове нове сетове катализатора, експлодирала је у последње две деценије. Открили су једноставну, генијалну алатку, али њен утицај је био огроман, углавном у фармацеутској индустрији, али и на неколико других места, рекао је професор РГ Бхат са Индијског института за научно образовање и истраживање у Пуни, који и сам ради са органокатализаторима. .

Др С Цхандрасхекхар, директор Индијског института за хемијску технологију са седиштем у Хајдерабаду, рекао је да је велики значај посла то што је учинио процесе много безбеднијим и одрживијим него раније.

Такође сам веома срећан што могу да приметим да је Нобелов комитет овог пута изабрао напредак у чистој хемији. У прошлости је Нобел за хемију често признавао радове који су у суштини припадали области биологије, рекао је он.

билтен| Кликните да бисте добили најбоља објашњења дана у пријемном сандучету

Подели Са Пријатељима: