განმარტა: მარტივი იდეა, რომელიც ახორციელებს თამაშის შეცვლის რეაქციებს

მარტივი იდეა, რომელიც ლისტმა და მაკმილანმა დამოუკიდებლად მუშაობდნენ, იყო ახალი კატალიზატორების მოძიება, ნივთიერებები, რომლებიც გამოიყენებოდა ქიმიური რეაქციების დასაჩქარებლად, როდესაც უმეტესობას სჯეროდა, რომ ისინი დარჩნენ არსებულ, გარკვეულწილად არაეფექტურ კომპლექტთან.

2021 წლის ლაურეატები Benjamin List (მარცხნივ) და დევიდ მაკმილანი. (ნობელის პრემიის ვებგვერდი)

მარტივი იდეები ხშირად ყველაზე ძნელი წარმოსადგენია, თქვა ნობელის პრემიის კომიტეტმა ბენჯამინ ლისტსა და დევიდ მაკმილანს წლევანდელი ქიმიის ნობელით.

მარტივი იდეა, რომელიც ლისტმა და მაკმილანმა დამოუკიდებლად მუშაობდნენ, იყო ახალი კატალიზატორების მოძიება, ნივთიერებები, რომლებიც გამოიყენებოდა ქიმიური რეაქციების დასაჩქარებლად, როდესაც უმეტესობას სჯეროდა, რომ ისინი დარჩნენ არსებულ, გარკვეულწილად არაეფექტურ კომპლექტთან.

ახალი კატალიზატორები, რომლებიც წარმოიქმნება ბუნებრივი ქიმიკატებისგან, უფრო მწვანე და იაფი იყო და უზრუნველყოფდა, რომ ქიმიური რეაქციის საბოლოო პროდუქტი იყო კონკრეტული ჯიშის - და არ სჭირდებოდა გამწმენდი პროცესის გავლა სასურველი ტიპის ნაერთების მისაღებად.

ქიმიის დარგში ნობელის პრემიის მინიჭებულმა აღმოჩენამ 2021 წელს მოლეკულური მშენებლობა სრულიად ახალ დონეზე აიყვანა, განაცხადა ნობელის კომიტეტმა. მისი გამოყენება მოიცავს კვლევას ახალი ფარმაცევტული საშუალებების შესახებ და ასევე დაეხმარა ქიმიის გამწვანებას.

კატალიზატორები

როდესაც ორი ან მეტი ნაერთი რეაგირებს ახალი ნაერთების წარმოქმნით, პროცესს ხშირად სხვა ქიმიკატები ეხმარებიან, რომლებიც არ იცვლებიან, მაგრამ ხელს უწყობენ რეაქციის დაჩქარებას. ეს კატალიზატორები ცნობილია სულ მცირე მე-19 საუკუნის შუა ხანებიდან და დღესდღეობით პრაქტიკულად ყველა ქიმიურ პროცესში გამოიყენება.

დაახლოებით 2000 წლამდე ცნობილი იყო მხოლოდ ორი სახის ქიმიკატი, რომელიც მოქმედებს როგორც ეფექტური კატალიზატორი: ლითონები, ძირითადად მძიმე ლითონები; და ფერმენტები, ბუნებრივად წარმოქმნილი მძიმე მოლეკულები, რომლებიც ხელს უწყობენ სიცოცხლის მხარდამჭერ ყველა ბიოქიმიურ პროცესს. კატალიზატორების ორივე კომპლექტს ჰქონდა შეზღუდვები.

მძიმე ლითონები ძვირია, ძნელად მოსაპოვებელი და ტოქსიკურია ადამიანისთვის და გარემოსთვის. მიუხედავად საუკეთესო პროცესებისა, კვალი დარჩა საბოლოო პროდუქტში; ეს აჩენდა პრობლემებს ისეთ სიტუაციებში, როდესაც საჭირო იყო ძალიან მაღალი სისუფთავის ნაერთები, როგორიცაა მედიკამენტების წარმოება. ასევე, ლითონებს ესაჭიროებოდათ წყლისა და ჟანგბადისგან თავისუფალი გარემო, რაც რთული იყო სამრეწველო მასშტაბით.

მეორეს მხრივ, ფერმენტები საუკეთესოდ მუშაობენ, როდესაც წყალი გამოიყენება როგორც საშუალება ქიმიური რეაქციისთვის. მაგრამ ეს არ არის ყველა სახის ქიმიური რეაქციისთვის შესაფერისი გარემო.

ორგანო-კატალიზი

ლისტმა და მაკმილანმა, ორივემ 53 წლის, დაიწყეს ექსპერიმენტები მარტივი ორგანული ნაერთებით. ორგანული ნაერთები ძირითადად ბუნებრივად წარმოქმნილი ნივთიერებებია, რომლებიც აგებულია ნახშირბადის ატომების ჩარჩოს გარშემო და ჩვეულებრივ შეიცავს წყალბადს, ჟანგბადს, აზოტს, გოგირდს ან ფოსფორს. სიცოცხლის მხარდამჭერი ქიმიკატები, როგორიცაა ცილები, რომლებიც ამინომჟავების გრძელი ჯაჭვებია (ნახშირბადის ნაერთები, რომლებიც შეიცავს აზოტს და ჟანგბადს) ორგანულია. ფერმენტები ასევე არის ცილები და, შესაბამისად, ორგანული ნაერთები.

ლისტმა და მაკმილანმა იცოდნენ 1970-იანი წლების ადრინდელი კვლევის შესახებ, რომელშიც ამინომჟავა პროლინი გამოიყენებოდა კატალიზატორად ზოგიერთ კონკრეტულ რეაქციაში. მაგრამ მისი როლი ბოლომდე არ იყო შესწავლილი. მათ დაიწყეს მუშაობა ცალკეულ ამინომჟავებთან ფერმენტებში - და დაარტყეს ოქრო.

ასიმეტრიული კატალიზი

ცალკეულ ამინომჟავებს ჰქონდათ დამატებითი უპირატესობა: ისინი უზრუნველყოფდნენ საბოლოო პროდუქტის მხოლოდ ერთი სახეობის მიღებას რეაქციაში.

ნივთიერებებს შეიძლება ჰქონდეთ ზუსტად იგივე ქიმიური შემადგენლობა და მოლეკულური ფორმულა; მაგრამ ისინი მნიშვნელოვნად განსხვავდებიან თავიანთი თვისებებით. ისინი ცნობილია როგორც იზომერები. იზომერების ერთ-ერთი ტიპია ის, რომელიც განსხვავდება ცალკეული ატომების სამგანზომილებიან სივრცეში ორიენტირებულად. ორი მოლეკულა შეიძლება იყოს ზუსტად იგივე, გარდა იმისა, რომ ისინი ერთმანეთის სარკისებური გამოსახულებაა, როგორც ჩვენი ხელები. სიმარტივისთვის, მეცნიერები ხშირად მოიხსენიებენ ამ მოლეკულებს, როგორც მემარცხენეებს ან მემარჯვენეებს. ამ უბრალო განსხვავებას ზოგჯერ შეიძლება უზარმაზარი შედეგები მოჰყვეს, რადგან ის საშუალებას აძლევს მოლეკულებს დაუკავშირდნენ სხვადასხვა ადგილას, როდესაც ისინი ურთიერთქმედებენ სხვა მოლეკულებთან.

ქიმიური რეაქციის საბოლოო პროდუქტი ჩვეულებრივ არის მარცხენა და მარჯვენა მოლეკულების ნარევი. ლაბორატორიებში ჩატარებული ნორმალური ქიმიური რეაქციები ამ მხრივ არ არის შერჩევითი. მაგრამ ბუნება არის. იმის გამო, რომ სარკის გამოსახულებებს შეიძლება ჰქონდეთ ძალიან განსხვავებული თვისებები, ბუნებრივი პროცესები უკიდურესად შერჩევითი და ზუსტია. ისინი აწარმოებენ ან მარცხენა ან მემარჯვენე მოლეკულას.

ლისტმა და მაკმილანმა აღმოაჩინეს, რომ კატალიზატორად ბუნებრივი ნაერთის, როგორიცაა ამინომჟავა, ისინი საბოლოო პროდუქტის მხოლოდ ერთ კონკრეტულ სარკისებურ სურათს იღებენ. მოგვიანებით ამას ეწოდა ასიმეტრიული კატალიზი.

List და MacMillan გამოვიდნენ აბსოლუტური თამაშის ჩეინჯერი. ორგანული კატალიზატორების სფერო, სახელი, რომელიც მოგვიანებით მაკმილანმა გამოიყენა კატალიზატორების ამ ახალი ნაკრების აღსაწერად, ბოლო ორი ათწლეულის განმავლობაში აფეთქდა. მათ აღმოაჩინეს მარტივი, გენიალური ინსტრუმენტი, მაგრამ მისი გავლენა დიდი იყო, ძირითადად ფარმაცევტულ ინდუსტრიაში, მაგრამ ასევე რამდენიმე სხვა ადგილას, თქვა პროფესორმა RG Bhat-მა ინდური სამეცნიერო განათლებისა და კვლევის ინსტიტუტიდან პუნეში, რომელიც თავად მუშაობს ორგანულ კატალიზატორებთან. .

ჰაიდერაბადში დაფუძნებული ინდოეთის ქიმიური ტექნოლოგიების ინსტიტუტის დირექტორმა დოქტორ ს ჩანდრაშეხარმა თქვა, რომ სამუშაოს დიდი მნიშვნელობა ის არის, რომ მან პროცესები უფრო უსაფრთხო და მდგრადი გახადა, ვიდრე ადრე.

ასევე მოხარული ვარ, რომ აღვნიშნო, რომ ნობელის კომიტეტმა ამჯერად აირჩია გარღვევა სუფთა ქიმიაში. წარსულში ქიმიის ნობელი ხშირად აღიარებდა ნაშრომს, რომელიც არსებითად ეკუთვნოდა ბიოლოგიის სფეროს, თქვა მან.

ბიულეტენი| დააწკაპუნეთ, რომ მიიღოთ დღის საუკეთესო ახსნა-განმარტებები თქვენს შემოსულებში

ᲒᲐᲣᲖᲘᲐᲠᲔᲗ ᲗᲥᲕᲔᲜᲡ ᲛᲔᲒᲝᲑᲠᲔᲑᲡ: