Uitgelegd: eenvoudig idee dat reacties op het spel heeft gekatalyseerd
Het simpele idee dat List en MacMillan op de proppen kwamen, onafhankelijk van elkaar, was om te zoeken naar nieuwe katalysatoren, de stoffen die werden gebruikt om chemische reacties te versnellen, terwijl de meesten dachten dat ze vastzaten aan een bestaande, enigszins inefficiënte set.
2021 Laureaten Benjamin List (links) en David Macmillan. (Nobelprijs-website) Simpele ideeën zijn vaak het moeilijkst voor te stellen, zei de Nobelprijscommissie terwijl ze Benjamin List en David MacMillan eerde met de Scheikunde Nobel van dit jaar.
Het simpele idee dat List en MacMillan op de proppen kwamen, onafhankelijk van elkaar, was om te zoeken naar nieuwe katalysatoren, de stoffen die werden gebruikt om chemische reacties te versnellen, terwijl de meesten dachten dat ze vastzaten aan een bestaande, enigszins inefficiënte set.
| Hoofdprijs voor arbeidseconomieDe nieuwe katalysatoren, afgeleid van natuurlijk voorkomende chemicaliën, waren groener en goedkoper en zorgden ervoor dat het eindproduct van de chemische reactie van een specifieke variëteit was - en dat er geen zuiveringsproces nodig was om het gewenste type verbinding op te leveren.
De ontdekking die de Nobelprijs voor Scheikunde 2021 krijgt, heeft de moleculaire constructie naar een geheel nieuw niveau getild, aldus het Nobelcomité. Het wordt onder meer gebruikt voor onderzoek naar nieuwe geneesmiddelen en het heeft ook geholpen om de chemie groener te maken.
| Onafhankelijke journalisten die opkwamen voor vrijheid van meningsuitingKatalysatoren
Wanneer twee of meer verbindingen reageren om nieuwe verbindingen te vormen, wordt het proces vaak geholpen door andere chemicaliën die zichzelf niet veranderen, maar de reactie helpen versnellen. Deze katalysatoren zijn in ieder geval sinds het midden van de 19e eeuw bekend en worden tegenwoordig in vrijwel elk chemisch proces gebruikt.
is Jeff Kaplan getrouwd
Tot ongeveer 2000 waren er slechts twee soorten chemicaliën bekend als effectieve katalysatoren: metalen, voornamelijk zwaardere metalen; en enzymen, natuurlijk voorkomende zware moleculen die alle levensondersteunende biochemische processen vergemakkelijken. Beide sets katalysatoren hadden beperkingen.
Zwaardere metalen zijn duur, moeilijk te delven en giftig voor mens en milieu. Ondanks de beste processen bleven er sporen achter in het eindproduct; dit leverde problemen op in situaties waar verbindingen met een zeer hoge zuiverheid nodig waren, zoals bij de vervaardiging van medicijnen. Ook hadden metalen een omgeving nodig die vrij was van water en zuurstof, wat op industriële schaal moeilijk te garanderen was.
Enzymen daarentegen werken het beste wanneer water wordt gebruikt als medium voor de chemische reactie. Maar dat is geen omgeving die geschikt is voor allerlei chemische reacties.
Organo-katalyse
List en MacMillan, beiden 53, begonnen te experimenteren met eenvoudige organische verbindingen. Organische verbindingen zijn meestal natuurlijk voorkomende stoffen, gebouwd rond een raamwerk van koolstofatomen en bevatten meestal waterstof, zuurstof, stikstof, zwavel of fosfor. Levensondersteunende chemicaliën zoals eiwitten, die lange ketens van aminozuren zijn (koolstofverbindingen die stikstof en zuurstof bevatten), zijn organisch. Enzymen zijn ook eiwitten en dus organische verbindingen.
List en MacMillan waren op de hoogte van eerder onderzoek uit de jaren zeventig, waarin een aminozuur genaamd proline als katalysator werd gebruikt in sommige specifieke reacties. Maar zijn rol werd niet volledig onderzocht. Ze begonnen te werken met individuele aminozuren in enzymen - en troffen goud.
| Nobelprijs voor het ontcijferen van de wetenschap van aanrakingAsymmetrische katalyse
De afzonderlijke aminozuren hadden een bijkomend voordeel: ze zorgden ervoor dat er in de reactie slechts één variëteit van het eindproduct werd verkregen.
Stoffen kunnen exact dezelfde chemische samenstelling en molecuulformule hebben; maar verschillen sterk in hun eigenschappen. Ze staan bekend als isomeren. Eén type isomeren zijn die welke verschillen in de manier waarop individuele atomen in de driedimensionale ruimte zijn georiënteerd. Twee moleculen kunnen precies hetzelfde zijn, behalve dat ze spiegelbeelden van elkaar zijn, zoals onze handen. Voor de eenvoud noemen wetenschappers deze moleculen vaak linkshandig of rechtshandig. Dit simpele verschil kan soms enorme gevolgen hebben, omdat het de moleculen in staat stelt om op verschillende locaties te binden wanneer ze interageren met andere moleculen.
Het eindproduct in een chemische reactie is meestal een mengsel van linkshandige en rechtshandige moleculen. De normale chemische reacties die in laboratoria worden uitgevoerd, zijn in dit opzicht niet selectief. Maar de natuur wel. Omdat de spiegelbeelden zeer verschillende eigenschappen kunnen hebben, zijn natuurlijke processen uiterst selectief en nauwkeurig. Ze produceren ofwel een linkshandige of een rechtshandige molecuul.
List en MacMillan ontdekten dat door een natuurlijke verbinding zoals een aminozuur als katalysator te gebruiken, ze slechts één specifiek spiegelbeeld van het eindproduct kregen. Dit werd later asymmetrische katalyse genoemd.
List en MacMillan kwamen met een absolute gamechanger. Het veld van organokatalysatoren, een naam die MacMillan later gebruikte om deze nieuwe sets katalysatoren te beschrijven, is in de afgelopen twee decennia geëxplodeerd. Ze ontdekten een eenvoudig, ingenieus hulpmiddel, maar de impact ervan was enorm, vooral in de farmaceutische industrie, maar ook op verschillende andere plaatsen, zei prof. RG Bhat van het Indian Institute of Science Education and Research in Pune, die zelf met organokatalysatoren werkt .
Dr. S Chandrashekhar, directeur van het in Hyderabad gevestigde Indian Institute of Chemical Technology, zei dat het grote belang van het werk was dat het de processen veel veiliger en duurzamer maakte dan voorheen.
wat is er gebeurd met heidestorm
| Eerste Nobelprijs voor klimaatwetenschap
Ik ben ook erg blij te kunnen vaststellen dat het Nobelcomité deze keer een doorbraak in de zuivere chemie heeft uitgekozen. In het verleden heeft de Nobelprijs voor scheikunde vaak werk erkend dat in wezen thuishoorde in het rijk van de biologie, zei hij.
Nieuwsbrief| Klik om de beste uitleg van de dag in je inbox te krijgen
Deel Het Met Je Vrienden:
