Nobelprisen for banebrydende måde at bygge molekyler på, der gjorde kemi grønnere

Benjamin List og David MacMillan, fra henholdsvis Tyskland og USA, vil dele de 10 millioner svenske kroner (870 £, 000) Nobelpris i kemi 2021 for deres udvikling af "organokatalyse" - et præcist værktøj til at konstruere molekyler, som har boostet farmaceutisk forskning og gjort kemi grønnere og billigere.

Deres forskning går tilbage til 2000, da kemikerne selvstændigt udviklede de første trin af det, der i dag kaldes "asymmetrisk organokatalyse, "som er aktiveringen af ​​kemiske reaktioner af små organiske molekyler.

Mange teknologier og forskningsområder er afhængige af molekyler, der skal skabes i kemiske reaktioner. Disse kan, desværre, være meget langsom, Derfor bruger kemikere ofte katalysatorer - materialer, der fremskynder kemiske reaktioner. Før List og MacMillans arbejde, der var kun to typer katalysatorer til rådighed:metaller eller enzymer. Efter min mening, duoens vigtigste præstation var at opdage noget, som ingen troede var muligt:​​at små organiske molekyler som aminosyrer også kunne fungere som katalysatorer.

Kæmpe fordele

Denne opdagelse gjorde det muligt for parret at skabe "asymmetriske reaktioner." I kemiske reaktioner, mange molekyler produceres i to versioner, der er spejlbilleder af hinanden (en egenskab kaldet chiralitet). Det er irriterende, når du kun vil have én af dem, hvilket ofte er tilfældet i medicinalindustrien.

Faktisk, dette er hvad der gik galt med stoffet thalidomid, som blev udviklet i 1960'erne for at reducere morgenkvalme hos gravide kvinder, men endte med at føre til fostermisdannelser. Lægemidlet var en lige blanding af begge typer molekyler, men det viste sig, at mens en var effektiv, dens spejlbillede modstykke var giftig. Det smukke ved organokatalyse er, at du kan producere et bestemt molekyle uden dets spejlfætter.

Muligheden for at undgå at bruge metaller som katalysatorer i kemiske reaktioner har også gjort det lettere for medicinalvirksomheder at oprense forbindelser. Dette er et vigtigt sidste skridt i fremstillingen af ​​lægemidler, og involverer fjernelse af farlige kemikalier, herunder visse metalkatalysatorer.

En anden væsentlig forbedring af organokatalyse sammenlignet med andre typer katalyse er, at den er nem at udføre:du kan udføre den ved stuetemperatur under enkle forhold. Det er også lettere at forudsige og kontrollere resultaterne pålideligt, end det er med andre typer katalyse.

Hvad mere er, metalkatalysatorer såsom palladium eller rhodium kan være dyre. Et ekstremt smukt eksempel på et billigere alternativ er prolin, en simpel aminosyre, der ofte bruges som en organokatalysator, som er så effektiv, at den fuldstændig har erstattet visse dyre og komplekse metalkatalysatorer.

Organokatalyse er ikke kun et billigere alternativ, det er også mere miljøvenligt, indeholder typisk almindelige og rigelige grundstoffer såsom ilt, nitrogen, svovl eller fosfor i stedet for irdium eller palladium.

List og MacMillan bliver snart lederne af denne banebrydende nye kemi, udvikle flere og flere reaktioner og katalysatorer, og forestiller sig nye måder at udvide feltet på. Et af de vigtigste aspekter af dette arbejde var, hvor let det ændrede holdningerne hos så mange organiske kemikere, som rettede deres opmærksomhed mod organokatalyse og omfavnede den. Dette betød, at kemikere inden for mange forskellige forskningsområder var i stand til at syntetisere komplekse molekyler, hvilket fik feltet til at vokse eksponentielt.

Jeg havde den utrolige ære at arbejde sammen med List på Max-Planck-Institut für Kohlenforschung i Mülheim, Tyskland i begyndelsen af ​​dette nye felt (2004-06), mens jeg var post-doc forsker. Jeg så med mine egne øjne, hvor dramatisk feltet voksede til at blive meget populært blandt kemikere over hele verden. Jeg så også, hvordan List havde en vision, der adskilte ham fra andre kemikere:han troede virkelig på sit arbejde, og han rykkede grænserne for katalyse - og ændrede det fundamentalt for altid.

Jeg kan kun lykønske List og MacMillan for deres velfortjente pris - de har inspireret karrieren for så mange kemikere, inklusiv mig.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.