Объяснение: простая идея, которая стимулировала реакции, меняющие правила игры.

Простая идея, к которой пришли Лист и Макмиллан, работая независимо, заключалась в том, чтобы искать новые катализаторы, вещества, используемые для ускорения химических реакций, хотя большинство полагало, что они застряли в существующем, несколько неэффективном, наборе.

Лауреаты 2021 года Бенджамин Лист (слева) и Дэвид Макмиллан. (Сайт Нобелевской премии)

Как заявил комитет по присуждению Нобелевской премии Бенджамину Листу и Дэвиду Макмиллану Нобелевской премии по химии в этом году, зачастую труднее всего представить простые идеи.

Простая идея, к которой пришли Лист и Макмиллан, работая независимо, заключалась в том, чтобы искать новые катализаторы, вещества, используемые для ускорения химических реакций, хотя большинство полагало, что они застряли в существующем, несколько неэффективном, наборе.

Новые катализаторы, полученные из природных химикатов, были более экологичными и дешевыми, а также обеспечивали особый вид конечного продукта химической реакции и не нуждались в процессе очистки для получения соединения желаемого типа.

Нобелевский комитет заявил, что открытие, получившее Нобелевскую премию по химии 2021 года, подняло молекулярное строительство на совершенно новый уровень. Его использование включает исследования новых фармацевтических препаратов, а также помогает сделать химию более экологичной.

Катализаторы

Когда два или более соединения реагируют с образованием новых соединений, этому процессу часто помогают другие химические вещества, которые не изменяются сами по себе, но помогают ускорить реакцию. Эти катализаторы были известны, по крайней мере, с середины 19 века, и в наши дни они используются практически во всех химических процессах.

Примерно до 2000 года были известны только два вида химических веществ, действующих как эффективные катализаторы: металлы, в основном более тяжелые металлы; и ферменты, встречающиеся в природе тяжелые молекулы, которые способствуют всем жизнеобеспечивающим биохимическим процессам. У обоих этих наборов катализаторов были ограничения.

Более тяжелые металлы дороги, их трудно добывать, и они токсичны для человека и окружающей среды. Несмотря на лучшие процессы, в конечном продукте остались следы; это создавало проблемы в ситуациях, когда требовались соединения очень высокой чистоты, например, при производстве лекарств. Кроме того, для металлов требовалась среда, свободная от воды и кислорода, что было трудно обеспечить в промышленных масштабах.

С другой стороны, ферменты работают лучше всего, когда в качестве среды для химической реакции используется вода. Но это не среда, подходящая для всех видов химических реакций.

Органо-катализ

Лист и Макмиллан, которым по 53 года, начали экспериментировать с простыми органическими соединениями. Органические соединения - это в основном вещества природного происхождения, построенные на основе атомов углерода и обычно содержащие водород, кислород, азот, серу или фосфор. Поддерживающие жизнь химические вещества, такие как белки, которые представляют собой длинные цепочки аминокислот (углеродные соединения, содержащие азот и кислород), являются органическими. Ферменты - это тоже белки, а значит, и органические соединения.

Листу и Макмиллану были известны более ранние исследования 1970-х годов, в которых аминокислота под названием пролин использовалась в качестве катализатора в некоторых конкретных реакциях. Но его роль не была полностью изучена. Они начали работать с отдельными аминокислотами в ферментах - и нашли золото.

Асимметричный катализ

Отдельные аминокислоты имели дополнительное преимущество: они обеспечивали получение в реакции только одного сорта конечного продукта.

Вещества могут иметь точно такой же химический состав и молекулярную формулу; все же сильно различаются по своим свойствам. Они известны как изомеры. Один тип изомеров - это те, которые различаются способом ориентации отдельных атомов в трехмерном пространстве. Две молекулы могут быть совершенно одинаковыми, за исключением того, что они являются зеркальным отображением друг друга, как наши руки. Для простоты ученые часто называют эти молекулы левыми или правыми. Это простое различие иногда может иметь огромные последствия, потому что оно позволяет молекулам связываться в разных местах, когда они взаимодействуют с другими молекулами.

Конечный продукт химической реакции обычно представляет собой смесь левосторонних и правосторонних молекул. Обычные химические реакции, проводимые в лабораториях, в этом отношении неселективны. Но природа есть. Поскольку зеркальные изображения могут иметь самые разные свойства, естественные процессы чрезвычайно избирательны и точны. Они производят либо левую, либо правую молекулу.

Лист и Макмиллан обнаружили, что, используя природное соединение, такое как аминокислота, в качестве катализатора, они получали только одно конкретное зеркальное отображение конечного продукта. Позже это было названо асимметричным катализом.

Лист и Макмиллан полностью изменили правила игры. Область органо-катализаторов, название, которое Макмиллан позже использовал для описания этих новых наборов катализаторов, за последние два десятилетия резко выросла. Они открыли простой и гениальный инструмент, но его влияние было огромным, в основном в фармацевтической промышленности, но также и в нескольких других местах, - сказал профессор Р.Г. Бхат из Индийского института научного образования и исследований в Пуне, который сам работает с органо-катализаторами. .

Д-р С. Чандрашекхар, директор Индийского института химической технологии в Хайдарабаде, сказал, что большое значение этой работы заключалось в том, что она сделала процессы намного безопаснее и устойчивее, чем раньше.

Я также очень рад отметить, что на этот раз Нобелевский комитет сделал прорыв в чистой химии. По его словам, в прошлом Нобелевская награда по химии часто признавала работы, которые в основном относились к области биологии.

Новостная рассылка| Нажмите, чтобы получать лучшие объяснения дня на свой почтовый ящик

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ: