Explicació: idea senzilla que va catalitzar reaccions que van canviar el joc

La idea senzilla que va ocórrer List i MacMillan, treballant de manera independent, va ser buscar nous catalitzadors, les substàncies utilitzades per accelerar reaccions químiques, quan la majoria creia que estaven enganxats amb un conjunt existent, una mica ineficient.

Els premiats 2021 Benjamin List (esquerra) i David Macmillan. (Web del Premi Nobel)

Les idees senzilles solen ser les més difícils d'imaginar, va dir el comitè del Premi Nobel mentre homenatjava Benjamin List i David MacMillan amb el Nobel de Química d'enguany.

La idea senzilla que va ocórrer List i MacMillan, treballant de manera independent, va ser buscar nous catalitzadors, les substàncies utilitzades per accelerar reaccions químiques, quan la majoria creia que estaven enganxats amb un conjunt existent, una mica ineficient.

Els nous catalitzadors, derivats de substàncies químiques d'origen natural, eren més ecològics i barats i asseguraven que el producte final de la reacció química fos d'una varietat específica i no calia passar per un procés de purificació per obtenir el tipus de compost desitjat.

El descobriment que va rebre el Premi Nobel de Química 2021 ha portat la construcció molecular a un nivell completament nou, va dir el comitè Nobel. Els seus usos inclouen la investigació de nous productes farmacèutics i també ha ajudat a fer que la química sigui més ecològica.

Catalitzadors

Quan dos o més compostos reaccionen per formar nous compostos, el procés sovint és ajudat per altres substàncies químiques que no es modifiquen, però ajuden a accelerar la reacció. Aquests catalitzadors es coneixen almenys des de mitjans del segle XIX, i actualment s'utilitzen pràcticament en tots els processos químics.

roba jeffrey sebelia

Fins al voltant de l'any 2000, només se sabia que dos tipus de productes químics actuaven com a catalitzadors efectius: metalls, principalment metalls més pesants; i enzims, molècules pesades d'origen natural que faciliten tots els processos bioquímics que donen suport a la vida. Aquests dos conjunts de catalitzadors tenien limitacions.

Els metalls més pesants són cars, difícils d'extraure i tòxics per als humans i el medi ambient. Malgrat els millors processos, en el producte final es van quedar rastres; això plantejava problemes en situacions en què es requerien compostos de puresa molt alta, com en la fabricació de medicaments. A més, els metalls requerien un ambient lliure d'aigua i oxigen, cosa que era difícil d'assegurar a escala industrial.

D'altra banda, els enzims funcionen millor quan s'utilitza aigua com a mitjà per a la reacció química. Però aquest no és un entorn adequat per a tot tipus de reaccions químiques.

Organo-catalysis

List i MacMillan, tots dos de 53 anys, van començar a experimentar amb compostos orgànics senzills. Els compostos orgànics són majoritàriament substàncies d'origen natural, construïdes al voltant d'un marc d'àtoms de carboni i que solen contenir hidrogen, oxigen, nitrogen, sofre o fòsfor. Els productes químics que donen suport a la vida com les proteïnes, que són llargues cadenes d'aminoàcids (compostos de carboni que contenen nitrogen i oxigen) són orgànics. Els enzims també són proteïnes i, per tant, compostos orgànics.

List i MacMillan eren conscients de les investigacions anteriors de la dècada de 1970, en què un aminoàcid anomenat prolina s'utilitzava com a catalitzador en algunes reaccions específiques. Però el seu paper no es va explorar del tot. Van començar a treballar amb aminoàcids individuals en enzims i van colpejar l'or.

Catàlisi asimètrica

Els aminoàcids individuals tenien un avantatge afegit: asseguraven que només es produís una varietat del producte final en la reacció.

Les substàncies poden tenir exactament la mateixa composició química i fórmula molecular; però difereixen àmpliament en les seves propietats. Es coneixen com a isòmers. Un tipus d'isòmers són els que difereixen en la manera com els àtoms individuals s'orienten a l'espai tridimensional. Dues molècules podrien ser exactament iguals, excepte que són imatges mirall l'una de l'altra, com les nostres mans. Per simplificar, els científics sovint es refereixen a aquestes molècules com a esquerrans o dretans. Aquesta simple diferència de vegades pot tenir conseqüències enormes, perquè permet que les molècules s'uneixin en diferents llocs quan interaccionen amb altres molècules.

El producte final d'una reacció química sol ser una barreja de molècules d'esquerra i dreta. Les reaccions químiques normals realitzades als laboratoris no són selectives en aquest sentit. Però la natura ho és. Com que les imatges mirall poden tenir propietats molt diferents, els processos naturals són extremadament selectius i precisos. Produeixen una molècula esquerrana o dretana.

List i MacMillan van descobrir que utilitzant un compost natural com un aminoàcid com a catalitzador, només obtenien una imatge mirall específica del producte final. Més tard es va anomenar catàlisi asimètrica.

List i MacMillan van inventar un canvi de joc absolut. El camp dels organo-catalitzadors, un nom que MacMillan va utilitzar més tard per descriure aquests nous conjunts de catalitzadors, ha explotat en les últimes dues dècades. Van descobrir una eina senzilla i enginyosa, però el seu impacte ha estat enorme, principalment a la indústria farmacèutica, però també en diversos altres llocs, va dir el professor RG Bhat de l'Institut Indi d'Educació i Recerca Científica de Pune, que treballa amb organocatalitzadors. .

El doctor S Chandrashekhar, director de l'Institut Indi de Tecnologia Química amb seu a Hyderabad, va dir que la gran importància del treball era que feia que els processos fossin molt més segurs i sostenibles que abans.

patrimoni net de winona ryder

També estic molt content de notar que el comitè Nobel va seleccionar aquesta vegada un avenç en química pura. En el passat, el Nobel de Química sovint ha reconegut treballs que pertanyien essencialment a l'àmbit de la biologia, va dir.

Butlletí informatiu| Feu clic per rebre els millors explicadors del dia a la vostra safata d'entrada

Comparteix Amb Els Teus Amics: