Diterangkan: Idea mudah yang memangkinkan tindak balas perubahan permainan

Idea mudah yang List dan MacMillan muncul, bekerja secara bebas, adalah untuk mencari pemangkin baharu, bahan yang digunakan untuk mempercepatkan tindak balas kimia, apabila kebanyakan percaya ia terperangkap dengan set sedia ada, agak tidak cekap.

Senarai Pemenang 2021 Benjamin (kiri) dan David Macmillan. (laman web Hadiah Nobel)

Idea mudah selalunya paling sukar untuk dibayangkan, kata jawatankuasa Hadiah Nobel sambil memberi penghormatan kepada Benjamin List dan David MacMillan dengan Nobel Kimia tahun ini.

Idea mudah yang List dan MacMillan muncul, bekerja secara bebas, adalah untuk mencari pemangkin baharu, bahan yang digunakan untuk mempercepatkan tindak balas kimia, apabila kebanyakan percaya ia terperangkap dengan set sedia ada, agak tidak cekap.

Pemangkin baharu, yang diperoleh daripada bahan kimia yang berlaku secara semula jadi, adalah lebih hijau dan lebih murah, dan memastikan bahawa produk akhir tindak balas kimia adalah daripada jenis tertentu — dan tidak perlu melalui proses penulenan untuk menghasilkan jenis kompaun yang diingini.

Penemuan yang dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Kimia 2021 telah membawa pembinaan molekul ke tahap yang sama sekali baru, kata jawatankuasa Nobel. Kegunaannya termasuk penyelidikan ke dalam farmaseutikal baharu dan ia juga telah membantu menjadikan kimia lebih hijau.

Pemangkin

Apabila dua atau lebih sebatian bertindak balas untuk membentuk sebatian baru, proses itu sering dibantu oleh bahan kimia lain yang tidak mengubah dirinya sendiri, tetapi membantu mempercepatkan tindak balas. Pemangkin ini telah diketahui sekurang-kurangnya sejak pertengahan abad ke-19, dan digunakan dalam hampir setiap proses kimia hari ini.

Sehingga sekitar tahun 2000, hanya dua jenis bahan kimia yang diketahui bertindak sebagai pemangkin berkesan: logam, terutamanya logam berat; dan enzim, molekul berat yang berlaku secara semula jadi yang memudahkan semua proses biokimia yang menyokong kehidupan. Kedua-dua set pemangkin ini mempunyai had.

Logam yang lebih berat adalah mahal, sukar untuk dilombong, dan toksik kepada manusia dan alam sekitar. Walaupun proses terbaik, jejak kekal dalam produk akhir; ini menimbulkan masalah dalam situasi di mana sebatian dengan ketulenan yang sangat tinggi diperlukan, seperti dalam pembuatan ubat-ubatan. Juga, logam memerlukan persekitaran yang bebas daripada air dan oksigen, yang sukar dipastikan pada skala industri.

Enzim sebaliknya, berfungsi paling baik apabila air digunakan sebagai medium untuk tindak balas kimia. Tetapi itu bukan persekitaran yang sesuai untuk semua jenis tindak balas kimia.

Organo-pemangkinan

List dan MacMillan, kedua-duanya berusia 53 tahun, mula bereksperimen dengan sebatian organik mudah. Sebatian organik kebanyakannya adalah bahan yang berlaku secara semula jadi, dibina di sekeliling rangka atom karbon dan biasanya mengandungi hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur atau fosforus. Bahan kimia yang menyokong kehidupan seperti protein, yang merupakan rantai panjang asid amino (sebatian karbon yang mengandungi nitrogen dan oksigen) adalah organik. Enzim juga merupakan protein, dan oleh itu, sebatian organik.

List dan MacMillan menyedari penyelidikan awal dari tahun 1970-an, di mana asid amino yang dipanggil prolin digunakan sebagai pemangkin dalam beberapa tindak balas tertentu. Tetapi peranannya tidak diterokai sepenuhnya. Mereka mula bekerja dengan asid amino individu dalam enzim - dan mencecah emas.

Pemangkinan asimetri

Asid amino individu mempunyai kelebihan tambahan: mereka memastikan hanya satu jenis produk akhir yang dihasilkan dalam tindak balas.

Bahan boleh mempunyai komposisi kimia dan formula molekul yang sama; namun berbeza secara meluas dalam sifat mereka. Mereka dikenali sebagai isomer. Satu jenis isomer ialah isomer yang berbeza dalam cara atom individu berorientasikan dalam ruang tiga dimensi. Dua molekul mungkin betul-betul sama, kecuali ia adalah imej cermin antara satu sama lain, seperti tangan kita. Untuk kesederhanaan, saintis sering merujuk kepada molekul ini sebagai kidal atau tangan kanan. Perbezaan mudah ini kadangkala boleh membawa akibat yang besar, kerana ia membolehkan molekul untuk mengikat di lokasi yang berbeza apabila mereka berinteraksi dengan molekul lain.

Hasil akhir dalam tindak balas kimia biasanya merupakan campuran molekul tangan kiri dan tangan kanan. Tindak balas kimia biasa yang dijalankan di makmal tidak selektif dalam hal ini. Tetapi alam semula jadi. Oleh kerana imej cermin boleh mempunyai sifat yang sangat berbeza, proses semulajadi adalah sangat selektif, dan tepat. Mereka menghasilkan sama ada molekul kidal atau tangan kanan.

List dan MacMillan mendapati bahawa dengan menggunakan sebatian semula jadi seperti asid amino sebagai pemangkin, mereka hanya memperoleh satu imej cermin khusus bagi produk akhir. Ini kemudiannya dinamakan pemangkinan asimetrik.

List dan MacMillan menghasilkan penukar permainan mutlak. Bidang pemangkin organo, nama yang MacMillan kemudiannya digunakan untuk menggambarkan set pemangkin baharu ini, telah meletup dalam dua dekad yang lalu. Mereka menemui alat yang mudah dan bijak tetapi impaknya sangat besar, terutamanya dalam industri farmaseutikal, tetapi juga di beberapa tempat lain, kata Prof RG Bhat dari Institut Pendidikan dan Penyelidikan Sains India di Pune, yang bekerja dengan pemangkin organ sendiri. .

Dr S Chandrashekhar, pengarah Institut Teknologi Kimia India yang berpangkalan di Hyderabad, berkata kepentingan besar kerja itu ialah ia menjadikan proses lebih selamat dan lebih mampan berbanding sebelum ini.

Saya juga sangat gembira untuk ambil perhatian bahawa jawatankuasa Nobel telah memilih satu kejayaan dalam Kimia tulen kali ini. Pada masa lalu, Nobel Kimia sering mengiktiraf karya yang pada asasnya tergolong dalam bidang biologi, katanya.

Surat berita| Klik untuk mendapatkan penerangan terbaik hari ini dalam peti masuk anda

Kongsi Dengan Rakan Anda: