Ipinaliwanag: Simpleng ideya na nagdulot ng pagbabago sa mga reaksyon ng laro

Ang simpleng ideya na naisip ni List at MacMillan, na nagtatrabaho nang nakapag-iisa, ay upang maghanap ng mga bagong catalyst, ang mga sangkap na ginagamit upang mapabilis ang mga reaksiyong kemikal, kapag ang karamihan ay naniniwala na sila ay natigil sa isang umiiral, medyo hindi mahusay, set.

2021 Laureates Benjamin List (kaliwa) at David Macmillan. (website ng Nobel Prize)

Ang mga simpleng ideya ay kadalasang pinakamahirap isipin, sinabi ng komite ng Nobel Prize habang pinarangalan si Benjamin List at David MacMillan ng Chemistry Nobel ngayong taon.

Ang simpleng ideya na naisip ni List at MacMillan, na nagtatrabaho nang nakapag-iisa, ay upang maghanap ng mga bagong catalyst, ang mga sangkap na ginagamit upang mapabilis ang mga reaksiyong kemikal, kapag ang karamihan ay naniniwala na sila ay natigil sa isang umiiral, medyo hindi mahusay, set.

Ang mga bagong catalyst, na nagmula sa mga natural na nagaganap na kemikal, ay mas berde at mas mura, at tiniyak na ang panghuling produkto ng kemikal na reaksyon ay may partikular na iba't-ibang — at hindi na kailangang dumaan sa proseso ng paglilinis upang magbunga ng nais na uri ng tambalan.

Ang pagtuklas na ginawaran ng Nobel Prize sa Chemistry 2021 ay nagdala ng molecular construction sa isang ganap na bagong antas, sinabi ng komite ng Nobel. Kasama sa mga gamit nito ang pananaliksik sa mga bagong parmasyutiko at nakatulong din ito na gawing mas luntian ang kimika.

Mga katalista

Kapag ang dalawa o higit pang mga compound ay tumutugon upang bumuo ng mga bagong compound, ang proseso ay kadalasang tinutulungan ng iba pang mga kemikal na hindi nagbabago sa kanilang mga sarili, ngunit nakakatulong na mapabilis ang reaksyon. Ang mga catalyst na ito ay kilala kahit man lang mula pa noong kalagitnaan ng ika-19 na siglo, at ginagamit sa halos lahat ng proseso ng kemikal sa mga araw na ito.

Hanggang noong mga 2000, dalawang uri lamang ng mga kemikal ang kilala na kumikilos bilang mabisang mga katalista: mga metal, higit sa lahat ay mas mabibigat na metal; at mga enzyme, natural na nagaganap na mabibigat na molekula na nagpapadali sa lahat ng mga prosesong biochemical na sumusuporta sa buhay. Ang parehong mga hanay ng mga catalyst ay may mga limitasyon.

Ang mas mabibigat na metal ay mahal, mahirap minahan, at nakakalason sa mga tao at sa kapaligiran. Sa kabila ng pinakamahusay na mga proseso, nanatili ang mga bakas sa huling produkto; ito ay nagdulot ng mga problema sa mga sitwasyon kung saan ang mga compound ng napakataas na kadalisayan ay kinakailangan, tulad ng sa paggawa ng mga gamot. Gayundin, ang mga metal ay nangangailangan ng isang kapaligirang walang tubig at oxygen, na mahirap tiyakin sa isang pang-industriyang sukat.

Ang mga enzyme sa kabilang banda, pinakamahusay na gumagana kapag ang tubig ay ginagamit bilang isang daluyan para sa kemikal na reaksyon. Ngunit hindi iyon isang kapaligiran na angkop para sa lahat ng uri ng mga reaksiyong kemikal.

Organo-catalysis

Si List at MacMillan, parehong 53, ay nagsimulang mag-eksperimento sa mga simpleng organic compound. Ang mga organikong compound ay kadalasang natural na nagaganap na mga substance, na binuo sa paligid ng isang framework ng mga carbon atom at kadalasang naglalaman ng hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, o phosphorus. Ang mga kemikal na sumusuporta sa buhay tulad ng mga protina, na mahahabang kadena ng mga amino acid (mga carbon compound na naglalaman ng nitrogen at oxygen) ay organic. Ang mga enzyme ay mga protina din, at samakatuwid, mga organikong compound.

Alam ni List at MacMillan ang naunang pananaliksik mula noong 1970s, kung saan ang isang amino acid na tinatawag na proline ay ginamit bilang isang katalista sa ilang partikular na reaksyon. Ngunit ang papel nito ay hindi ganap na ginalugad. Nagsimula silang magtrabaho kasama ang mga indibidwal na amino acid sa mga enzyme - at nakakuha ng ginto.

Asymmetric catalysis

Ang mga indibidwal na amino acid ay may dagdag na kalamangan: tiniyak nila na isang uri lamang ng panghuling produkto ang naibigay sa reaksyon.

Ang mga sangkap ay maaaring magkaroon ng eksaktong parehong komposisyon ng kemikal at molecular formula; ngunit malawak na naiiba sa kanilang mga katangian. Ang mga ito ay kilala bilang isomer. Ang isang uri ng isomer ay yaong nagkakaiba sa paraan ng mga indibidwal na atomo ay nakatuon sa tatlong-dimensional na espasyo. Ang dalawang molekula ay maaaring eksaktong magkapareho, maliban na sila ay mga salamin na larawan ng bawat isa, tulad ng ating mga kamay. Para sa pagiging simple, madalas na tinutukoy ng mga siyentipiko ang mga molekulang ito bilang kaliwa o kanang kamay. Ang simpleng pagkakaibang ito ay maaaring magkaroon ng napakalaking kahihinatnan, dahil pinapayagan nito ang mga molekula na magbigkis sa iba't ibang lokasyon kapag nakikipag-ugnayan sila sa ibang mga molekula.

Ang huling produkto sa isang kemikal na reaksyon ay karaniwang pinaghalong mga molekula ng kaliwang kamay at kanang kamay. Ang mga normal na reaksiyong kemikal na isinasagawa sa mga laboratoryo ay hindi pumipili sa bagay na ito. Ngunit ang kalikasan ay. Dahil ang mga imahe ng salamin ay maaaring magkaroon ng ibang mga katangian, ang mga natural na proseso ay lubhang pumipili, at tumpak. Gumagawa sila ng alinman sa isang kaliwang kamay o isang kanang kamay na molekula.

Natuklasan ni List at MacMillan na sa pamamagitan ng paggamit ng isang natural na tambalan tulad ng isang amino acid bilang isang katalista, nakakakuha lamang sila ng isang partikular na mirror image ng end-product. Nang maglaon, pinangalanan itong asymmetric catalysis.

Nakaisip si List at MacMillan ng isang ganap na pagbabago ng laro. Ang larangan ng mga organo-catalyst, isang pangalan na ginamit ni MacMillan sa kalaunan upang ilarawan ang mga bagong hanay ng mga catalyst, ay sumabog sa huling dalawang dekada. Natuklasan nila ang isang simple, mapanlikhang tool ngunit napakalaki ng epekto nito, pangunahin sa industriya ng parmasyutiko, ngunit gayundin sa ilang iba pang mga lugar, sabi ni Prof RG Bhat ng Indian Institute of Science Education and Research sa Pune, na nagtatrabaho sa mga organo-catalyst mismo. .

Sinabi ni Dr S Chandrashekhar, direktor ng Indian Institute of Chemical Technology na nakabase sa Hyderabad, na ang malaking kahalagahan ng trabaho ay ginawa nitong mas ligtas at mas napapanatiling ang mga proseso kaysa sa nauna.

Masayang-masaya din akong tandaan na ang komite ng Nobel ay pumili ng isang pambihirang tagumpay sa purong Chemistry sa pagkakataong ito. Noong nakaraan, ang Chemistry Nobel ay madalas na kinikilala ang trabaho na mahalagang pag-aari sa larangan ng biology, sinabi niya.

Newsletter| Mag-click upang makuha ang pinakamahusay na mga tagapagpaliwanag ng araw sa iyong inbox

Ibahagi Sa Iyong Mga Kaibigan: