Պարզ գաղափար, որը կատալիզացնում է խաղի փոփոխվող ռեակցիաները

Պարզ գաղափարը, որով հանդես եկան Լիստը և ՄակՄիլանը, անկախ աշխատելով, նոր կատալիզատորներ փնտրելն էր՝ քիմիական ռեակցիաները արագացնելու համար օգտագործվող նյութերը, երբ շատերը կարծում էին, որ դրանք խրված են գոյություն ունեցող, որոշ չափով անարդյունավետ հավաքածուով:

2021 մրցանակակիրներ Բենջամին Լիստ (ձախից) և Դեյվիդ Մաքմիլան: (Նոբելյան մրցանակի կայք)

Պարզ գաղափարները հաճախ ամենադժվարն են պատկերացնում, ասել է Նոբելյան մրցանակի կոմիտեն՝ Բենջամին Լիստին և Դեյվիդ ՄաքՄիլլանին այս տարվա քիմիայի Նոբելյան մրցանակը շնորհելիս:

Պարզ գաղափարը, որով հանդես եկան Լիստը և ՄակՄիլանը, անկախ աշխատելով, նոր կատալիզատորներ փնտրելն էր՝ քիմիական ռեակցիաները արագացնելու համար օգտագործվող նյութերը, երբ շատերը կարծում էին, որ դրանք խրված են գոյություն ունեցող, որոշ չափով անարդյունավետ հավաքածուով:

Նոր կատալիզատորները, որոնք ստացվել են բնական քիմիական նյութերից, ավելի կանաչ և էժան էին, և ապահովում էին, որ քիմիական ռեակցիայի վերջնական արդյունքը որոշակի տեսականի է, և կարիք չունենա անցնել մաքրման գործընթաց՝ ցանկալի տեսակի միացություն ստանալու համար:

2021 թվականին քիմիայի Նոբելյան մրցանակի արժանացած հայտնագործությունը մոլեկուլային շինարարությունը հասցրել է բոլորովին նոր մակարդակի, ասել է Նոբելյան կոմիտեն: Դրա օգտագործումը ներառում է նոր դեղագործական արտադրանքների հետազոտություն, ինչպես նաև օգնել է քիմիան ավելի կանաչ դարձնել:

Կատալիզատորներ

Երբ երկու կամ ավելի միացություններ փոխազդում են՝ ձևավորելով նոր միացություններ, գործընթացին հաճախ օգնում են այլ քիմիական նյութեր, որոնք իրենք չեն փոխվում, բայց օգնում են արագացնել ռեակցիան: Այս կատալիզատորները հայտնի են առնվազն 19-րդ դարի կեսերից և այսօր օգտագործվում են գրեթե բոլոր քիմիական գործընթացներում:

Մինչև 2000 թվականը հայտնի էր միայն երկու տեսակի քիմիական նյութեր, որոնք գործում էին որպես արդյունավետ կատալիզատորներ. մետաղներ, հիմնականում ավելի ծանր մետաղներ; և ֆերմենտներ՝ բնականորեն առաջացող ծանր մոլեկուլներ, որոնք նպաստում են կյանքին աջակցող բոլոր կենսաքիմիական գործընթացներին: Կատալիզատորների այս երկու խմբերն էլ սահմանափակումներ ունեին:

Ավելի ծանր մետաղները թանկ են, դժվար է արդյունահանել և թունավոր են մարդկանց և շրջակա միջավայրի համար: Չնայած լավագույն գործընթացներին, վերջնական արտադրանքի մեջ հետքեր մնացին. Սա խնդիրներ էր ստեղծում այն ​​իրավիճակներում, երբ պահանջվում էին շատ բարձր մաքրության միացություններ, օրինակ՝ դեղերի արտադրության մեջ: Բացի այդ, մետաղները պահանջում էին ջրից և թթվածնից զերծ միջավայր, ինչը դժվար էր ապահովել արդյունաբերական մասշտաբով:

Մյուս կողմից, ֆերմենտները լավագույնս աշխատում են, երբ ջուրն օգտագործվում է որպես քիմիական ռեակցիայի միջավայր: Բայց դա բոլոր տեսակի քիմիական ռեակցիաների համար հարմար միջավայր չէ:

Օրգան-կատալիզ

Լիստը և ՄակՄիլանը, երկուսն էլ 53 տարեկան, սկսեցին փորձարկել պարզ օրգանական միացություններ: Օրգանական միացությունները հիմնականում բնական նյութեր են, որոնք կառուցված են ածխածնի ատոմների շրջանակի շուրջ և սովորաբար պարունակում են ջրածին, թթվածին, ազոտ, ծծումբ կամ ֆոսֆոր: Կյանքին ապահովող քիմիական նյութերը, ինչպիսիք են սպիտակուցները, որոնք ամինաթթուների երկար շղթաներ են (ածխածնի միացություններ, որոնք պարունակում են ազոտ և թթվածին), օրգանական են: Ֆերմենտները նույնպես սպիտակուցներ են, հետևաբար՝ օրգանական միացություններ։

List-ը և MacMillan-ը տեղյակ էին 1970-ականների ավելի վաղ հետազոտությունների մասին, որոնցում պրոլին կոչվող ամինաթթուն օգտագործվում էր որպես կատալիզատոր որոշ հատուկ ռեակցիաներում: Բայց նրա դերը լիովին չի ուսումնասիրվել։ Նրանք սկսեցին աշխատել ֆերմենտների առանձին ամինաթթուների հետ և հարվածեցին ոսկին:

Ասիմետրիկ կատալիզ

Առանձին ամինաթթուներն ունեին լրացուցիչ առավելություն. նրանք ապահովում էին, որ վերջնական արտադրանքի միայն մեկ տեսակ է ստացվել ռեակցիայի մեջ:

Նյութերը կարող են ունենալ նույն քիմիական բաղադրությունը և մոլեկուլային բանաձևը. սակայն դրանք շատ են տարբերվում իրենց հատկություններով: Նրանք հայտնի են որպես իզոմերներ։ Իզոմերներից մեկը նրանք են, որոնք տարբերվում են առանձին ատոմների եռաչափ տարածության մեջ կողմնորոշվելու ձևով: Երկու մոլեկուլները կարող են լինել միանգամայն նույնը, բացառությամբ, որ դրանք միմյանց հայելային պատկերներ են, ինչպես մեր ձեռքերը: Պարզության համար գիտնականները հաճախ այդ մոլեկուլներին անվանում են ձախլիկ կամ աջլիկ: Այս պարզ տարբերությունը երբեմն կարող է հսկայական հետևանքներ ունենալ, քանի որ այն թույլ է տալիս մոլեկուլներին կապվել տարբեր վայրերում, երբ նրանք փոխազդում են այլ մոլեկուլների հետ:

Քիմիական ռեակցիայի վերջնական արդյունքը սովորաբար ձախակողմյան և աջակողմյան մոլեկուլների խառնուրդ է: Լաբորատորիաներում իրականացվող բնականոն քիմիական ռեակցիաները այս առումով ընտրովի չեն: Բայց բնությունն է. Քանի որ հայելային պատկերները կարող են շատ տարբեր հատկություններ ունենալ, բնական գործընթացները չափազանց ընտրովի են և ճշգրիտ: Նրանք արտադրում են կամ ձախլիկ կամ աջակողմյան մոլեկուլ:

List-ը և MacMillan-ը պարզեցին, որ որպես կատալիզատոր օգտագործելով բնական միացություն, ինչպիսին է ամինաթթուն, նրանք ստանում էին վերջնական արտադրանքի միայն մեկ հայելային պատկեր: Սա հետագայում անվանվեց ասիմետրիկ կատալիզ:

List-ը և MacMillan-ը հանդես եկան բացարձակ խաղի փոփոխությամբ: Օրգանական կատալիզատորների ոլորտը, անուն, որը MacMillan-ը հետագայում օգտագործեց կատալիզատորների այս նոր հավաքածուները նկարագրելու համար, պայթել է վերջին երկու տասնամյակների ընթացքում: Նրանք հայտնաբերեցին պարզ, հնարամիտ գործիք, բայց դրա ազդեցությունը հսկայական է եղել, հիմնականում դեղագործական արդյունաբերության մեջ, բայց նաև մի քանի այլ վայրերում, ասում է Պունեի Հնդկական գիտական ​​կրթության և հետազոտությունների ինստիտուտի պրոֆեսոր Ռ.Գ. Բհատը, ով ինքն է աշխատում օրգանական կատալիզատորների հետ: .

Դոկտոր Ս Չանդրաշեխարը, Հայդարաբադում գտնվող Հնդկական քիմիական տեխնոլոգիաների ինստիտուտի տնօրենը, ասաց, որ աշխատանքի մեծ նշանակությունն այն է, որ այն գործընթացները դարձրեց շատ ավելի անվտանգ և կայուն, քան նախկինում:

Ես նաև շատ ուրախ եմ նշել, որ Նոբելյան կոմիտեն այս անգամ բեկում է ընտրել մաքուր քիմիայում: Նախկինում քիմիայի Նոբելյան մրցանակը հաճախ ճանաչել է աշխատանք, որն ըստ էության պատկանում էր կենսաբանության ոլորտին, ասաց նա:

Տեղեկագիր| Սեղմեք՝ օրվա լավագույն բացատրությունները ձեր մուտքի արկղում ստանալու համար

Կիսվեք Ձեր Ընկերների Հետ: