Nobel z chemii 2021: odkrycia tegorocznych noblistów pozwoliły tworzyć m.in. nowe leki

Teoretycznie każdy, nawet najbardziej złożony związek chemiczny można wytworzyć, mając odpowiednią liczbę właściwych atomów. Trzeba je tylko połączyć w odpowiedni sposób - we właściwych proporcjach - i tak, by powstała cząsteczka o określonej budowie. W praktyce potrzebne są właściwe surowce, a do udanej syntezy często prowadzi wiele etapów, nierzadko przeprowadzanych pod wysokim ciśnieniem czy w wysokiej temperaturze (w takich warunkach reakcje zachodzą wydajniej).

Katalizatory to podstawowe narzędzia chemików

Szeroko stosowane są też katalizatory - substancje, które kontrolują i przyspieszają reakcje chemiczne, nie stając się częścią produktu końcowego. Są jak wspólny znajomy, dzięki którym obce sobie osoby mogą stworzyć udany związek. Na przykład katalizatory w samochodach przekształcają toksyczne substancje zawarte w spalinach w nieszkodliwe cząsteczki. Także w naszych organizmach działają tysiące katalizatorów w postaci enzymów. Powstają dzięki nim cząsteczki niezbędne do życia.

Katalizatory są dla chemików podstawowymi narzędziami. Do niedawna uważano, że zasadniczo dostępne są tylko dwa rodzaje katalizatorów: metale (na przykład wanad, rtęć czy platyna) i enzymy. Tegoroczni nobliści w dziedzinie chemii - Benjamin List i David MacMillan - w 2000 roku, niezależnie od siebie, opracowali trzeci rodzaj katalizy. Tak zwana asymetryczna organokataliza opiera się na małych cząsteczkach organicznych.

Katalizatory organiczne to genialne rozwiązanie

David MacMillan początkowo prowadził badania z katalizatorami metalowymi, które łatwo ulegały zniszczeniu pod wpływem wilgoci. Zaczął prowadzić badania nad nowymi, bardziej trwałymi katalizatorami, wykorzystując proste cząsteczki organiczne. Jedna z nich okazała się bardzo dobrym katalizatorem w procesie katalizy asymetrycznej.

Niemiecki chemik Benjamin List sprawdzał, czy cała cząsteczka enzymu jest faktycznie niezbędna w procesie katalizy. Badał, czy aminokwas prolina może katalizować reakcje chemiczne. Okazało się, że działała wspaniale.

W porównaniu do klasycznej katalizy z udziałem metali (coraz częściej odrzucanej przez przemysł farmaceutyczny) większość organokatalizatorów jest nietoksyczna, trwała w atmosferze tlenu i odporna na działanie powietrza i wody. Dodatkowo reakcje z ich udziałem są łatwe do przeprowadzenia.

„Ta koncepcja katalizy jest tak samo prosta, jak i genialna. Faktem jest, że wiele osób zastanawiało się: dlaczego nie pomyśleliśmy o tym wcześniej” – powiedział w środę, ogłaszając wynik, przewodniczący Komitetu Nobla ds. Chemii, Johan Aqvist.

Nowe katalizatory - przyjazne dla środowiska

Katalizatory organiczne mają stabilny szkielet z atomów węgla, do którego mogą przyłączać się bardziej aktywne grupy chemiczne. Często zawierają one pospolite pierwiastki, takie jak tlen, azot, siarka czy fosfor. Oznacza to, że katalizatory te są zarówno przyjazne dla środowiska (nie zawierają metali ciężkich), jak i tanie w produkcji.

Szczególnie cenną zaletą katalizatorów organicznych jest ich zdolność do napędzania katalizy asymetrycznej. Kiedy budowane są cząsteczki, często zdarzają się sytuacje, w których mogą powstać dwie różne cząsteczki, które – podobnie jak nasze dłonie – są swoim lustrzanym odbiciem.

Często tylko jedna postać cząsteczki ma potrzebne właściwości, co jest ważne zwłaszcza w przypadku farmaceutyków. Na przykład talidomid w postaci jednego enancjomeru był skutecznym lekiem uspokajającym, ale inny jego enencjomer, stosowany u kobiet ciężarnych, uszkadzał płód.

Nobliści to liderzy organokatalizy

Tegoroczni nobliści w dziedzinie chemii, List i MacMillan - pozostają liderami w rozwoju organokatalizy. Wykazali oni, że katalizatory organiczne mogą być wykorzystywane do prowadzenia wielu reakcji chemicznych. Wykorzystując te reakcje, naukowcy mogą teraz wydajniej konstruować wszystko, od nowych farmaceutyków po cząsteczki, które mogą wychwytywać światło w ogniwach słonecznych.

Konstruowane przez chemików nowe cząsteczki znajdują zastosowanie w wielu branżach. Mogą tworzyć elastyczne i trwałe materiały, magazynować energię w bateriach, hamować postęp chorób i leczyć je.

Nowy laureat Nagrody Nobla Benjamin List, zaraz po tym, jak dowiedzieli się o jego nominacji, przesłał do Komitetu Noblowskiego zdjęcie z wakacji, które spędzał razem z żoną.

Greetings from Amsterdam!

New chemistry laureate Benjamin List sent us this selfie of him and his wife Dr Sabine List on holiday right after they found out the news about his #NobelPrize.

Stay tuned for our interview with him coming soon! pic.twitter.com/lkWNz0B2iP

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 6, 2021

PRZECZYTAJ TAKŻE: Medyczna nagroda Nobla dla amerykańskich uczonych. Do podziału prawie milion euro

Medyczny Nobel za odkrycie odsłaniające jedną z tajemnic natury