نوبل شیمی ۲۰۲۱ را شیمیدانان آلی از آن خود کردند

یک ابزار خلاقانه برای ساختن مولکول‌‌ها

ساختن مولکول‌ها یک هنر دشوار است. بنیامین لیست و دیوید مک میلان جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۱ را به دلیل توسعه یک ابزار دقیق جدید برای ساخت مولکول‌ها دریافت کردند: ارگانوکاتالیز. این امر تأثیر زیادی بر تحقیقات دارویی داشته و شیمی را سبزتر کرده است.

بسیاری از زمینه‌ها و صنایع تحقیقاتی، وابسته به توانایی شیمی‌دانان در ساختن مولکول‌هایی هستند که می‌توانند مواد کشسان و با دوام را شکل دهند، انرژی را در باتری ذخیره کرده یا از پیشرفت بیماری‌ها جلوگیری کنند. این کار نیاز به کاتالیزور دارد. کاتالیزورها موادی هستند که واکنش های شیمیایی را کنترل و تسریع می‌کنند، بدون اینکه بخشی از محصول نهایی شوند. به عنوان مثال، کاتالیزورها در اتومبیل، مواد سمی موجود در دود خروجی را به مولکول‌های بی‌ضرر تبدیل می‌کنند. بدن ما همچنین حاوی هزاران کاتالیزور به شکل آنزیم است که مولکول‌های لازم برای حیات را رصد می‌کنند.

بنابراین کاتالیزورها ابزارهایی اساسی برای شیمیدانان هستند، اما مدت‌ها بود محققان معتقد بودند که در اصل فقط دو نوع کاتالیزور وجود دارد: فلزات و آنزیم‌ها. بنیامین لیست و دیوید مک میلان جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۱ را دریافت کردند، زیرا در سال ۲۰۰۰، به طور مستقل از یکدیگر، نوع سوم کاتالیز را توسعه دادند که به آن ارگانوکاتالیز نامتقارن (asymmetric organocatalysis) گفته می‌شود و بر روی مولکول‌های آلی کوچک ایجاد می‌شود. یوهان آکویست (Johan Åqvist)، رئیس کمیته نوبل شیمی می‌گوید:

این مفهوم کاتالیز، به همان اندازه که ابتکاری است، ساده نیز هست و واقعیت این است که بسیاری از مردم تعجب کرده‌اند که چرا ما قبلاً به آن فکر نکرده بودیم.

کاتالیزورهای آلی دارای چارچوبی پایدار از اتم‌های کربن هستند که گروههای شیمیایی فعال‌تری می‌توانند به آن متصل شوند. این گروه‌ها اغلب حاوی عناصر مشترک مانند اکسیژن، نیتروژن، گوگرد یا فسفر هستند. این بدان معناست که این کاتالیزورها هم با محیط‌زیست سازگارند و هم ارزان تولید می‌شوند.

گسترش سریع استفاده از کاتالیزورهای آلی، در درجه اول به دلیل توانایی آنها در هدایت کاتالیز نامتقارن است. هنگامی که مولکول‌ها در حال ساخته‌شدن هستند، اغلب شرایطی پیش می‌آید که دو مولکول مختلف می‌توانند شکل بگیرند، که – درست مانند دستان ما – تصویر آینه‌ای یکدیگر هستند. شیمیدانان اغلب فقط یکی از این دو را می‌خواهند، به ویژه هنگام تولید مواد دارویی.

ارگانوکاتالیز با سرعتی شگفت‌انگیز از سال ۲۰۰۰ توسعه یافته است. بنیامین لیست و دیوید مک میلان همچنان در این زمینه پیشرو هستند و نشان داده‌اند که از کاتالیزورهای آلی می‌توان برای هدایت بسیاری از واکنش‌های شیمیایی استفاده کرد. محققان اکنون با استفاده از این واکنش‌ها می‌توانند به طور موثرتری، هر چیزی را از داروهای جدید گرفته، تا مولکول‌هایی که می‌توانند نور را در سلول‌های خورشیدی جذب کنند، بسازند. به این ترتیب، کاتالیزورهای ارگانیک بیشترین سود را برای بشریت به ارمغان می‌آورند.

فایل‌های تکمیلی کمیته نوبل درباره جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۱

• تصویر ملکول‌های لیمونن
• تصویر پرولین
• تصویر ارگانوکاتالیست
• توضیحات عمومی
• توضیحات تخصصی

منبع: nobelprize.org