Benjamin List ve David MacMillan, molekül oluşturmak için yeni ve dahiyane bir araç geliştirdikleri için 2021 Nobel Kimya Ödülü’ne layık görüldü: organokataliz. Kullanımları, yeni farmasötikler üzerine araştırmaları içerir ve aynı zamanda kimyanın daha yeşil olmasına yardımcı olur.

Soru

Kimyasal yapı sürecinde, aynı kimyasal formüle sahip iki molekülün, tıpkı 2 elimiz gibi, ancak birbirlerinin ayna görüntüleri oluşturabileceği bir durum ortaya çıkar. Buna optik izomer denir.

Kimyacılar, özellikle de ilaç söz konusu olduğunda, genellikle bu ayna görüntülerinden yalnızca birini isterler, ancak bunu yapmanın etkili bir yolunu bulmak zordur.

S-Limonene limon kokusuna sahiptir, R-Limonene portakal kokusuna sahiptir. Fotoğraf: Johan Jarnestad

Benjamin List ve David MacMillan tarafından geliştirilen konsept – asimetrik organik kataliz – basit ama şaşırtıcı. Aslında birçok kişi bunu neden daha önce düşünmediğimizi merak etti.

Neden? Niye? Bu, yanıtlaması kolay bir soru değil, ancak yanıtlamadan önce tarihe hızlıca bir göz atmamız gerekiyor. Katalizör ve katalizör terimlerini tanımlayacağız ve 2021 Nobel Kimya Ödülü için zemin hazırlayacağız.

Biraz tarih

Katalizörler kimyasal reaksiyonları hızlandırır

19. yüzyılda kimyagerler, farklı kimyasalların birbirleriyle nasıl reaksiyona girdiğini keşfetmeye başladıklarında, bazı garip keşifler yaptılar.

Örneğin, hidrojen peroksit (H2O2) içeren bir behere gümüş koyarlarsa, hidrojen peroksit aniden suya (H 2 O) ve oksijene (O 2 ) dönüşmeye başlar. Ancak gümüş – işlemin başlangıcında – reaksiyondan etkilenmiş gibi görünmüyor. Benzer şekilde, çimlenmiş tahıllardan elde edilen bir madde nişastayı glikoza parçalayabilir.

1835’te ünlü İsveçli kimyager Jacob Berzelius, bunda bir model fark etmeye başladı.

İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi’nin fizik ve kimyadaki en son gelişmeleri anlatan yıllık raporunda, “kimyasal aktivite oluşturabilecek” yeni bir “kuvvet” yazıyor.

SEE ALSO  Gazlar-5-Gazların kısmi basıncı- Az konu bol soru(11.sınıf AYT) | gazların kısmi basıncı ile ilgili en eksiksiz bilgiyi sentezleyin

Sadece bir maddenin varlığının kimyasal reaksiyonu başlattığı birkaç örnek sıraladı ve fenomenin önceden düşünülenden çok daha yaygın göründüğünü söyledi. Maddenin katalitik bir gücü olduğuna inandı ve fenomeni kendi katalizörü olarak adlandırdı.

Plastik, parfüm ve gıda üretimi için katalizör

Alkenler ve H2’nin metal katalizörlerle reaksiyonu. Fotoğraf: İnternet

Berzelius’un günlerinden beri kimyagerlerin pipetlerinden çok su aktı. Molekülleri parçalayabilen veya onları birbirine bağlayabilen çok sayıda katalizör keşfettiler.

Sonuç olarak, ilaç, plastik, parfüm ve gıda aromaları gibi günlük hayatımızda kullandığımız binlerce farklı maddeyi artık üretebiliyorlar.

Hatta bir bakıma dünya GSYİH’sının %35’inin kimyasal kataliz ile ilgili olduğu tahmin edilmektedir. Prensip olarak, 2000’den önce keşfedilen tüm katalizörler iki gruptan birine girer: bunlar metaller veya enzimlerdir.

Metaller genellikle mükemmel katalizörlerdir çünkü elektronları geçici olarak depolama veya kimyasal bir işlemde diğer moleküllere bağışlama gibi özel yetenekleri vardır.

Bu, moleküldeki atomlar arasındaki bağları gevşetir, böylece güçlü bağlar kırılabilir ve yenileri oluşabilir.

Bununla birlikte, bazı metal katalizörlerle ilgili bir sorun, oksijene ve suya karşı çok hassas olmalarıdır, bu nedenle çalışmaları için oksijen ve nemden arınmış bir ortama ihtiyaçları vardır.

Büyük ölçekli endüstrilerde bunu başarmak zordur. Ayrıca birçok metal katalizör, çevreye zararlı olabilen ağır metallerdir.

Life’s Catalyst inanılmaz bir hassasiyetle çalışıyor

İkinci katalizör formu, enzim adı verilen proteinlerden oluşur. Tüm organizmalar, yaşam için gerekli kimyasal reaksiyonları kontrol eden binlerce farklı enzime sahiptir.

Birçok enzim asimetrik kataliz konusunda uzmandır ve prensipte her zaman iki olası görüntüden bir ayna görüntüsü üretir. Ayrıca birlikte çalışırlar; Bir enzim bir reaksiyonla bittiğinde, başka bir enzim devreye girer.

Enzim katalizinin genel modu. Fotoğraf: Yaratıcı Enzimler

Bu sayede kolesterol, klorofil veya bildiğimiz en karmaşık moleküllerden biri olan striknin adı verilen bir toksin gibi inanılmaz hassasiyette karmaşık moleküller oluşturabilirler .

SEE ALSO  ENGELLİ ve/veya SAĞLIK SORUNU BULUNAN ADAYLARIN ÖSYM'ye BAŞVURU İŞLEMLERİ | ösym sağlık raporu hakkında en ayrıntılı bilgiyi sentezleyin

Enzimler çok etkili katalizörler olduğu için, 1990’larda araştırmacılar, insanlık için gerekli kimyasal reaksiyonları teşvik etmek için yeni enzim varyantları geliştirmeye çalıştılar.

Konu üzerinde çalışan bir araştırma grubu, Güney Kaliforniya’daki Scripps Araştırma Enstitüsü’nde bulunuyor ve merhum Carlos F. Barbas III tarafından yönetiliyor.

Benjamin List, bu yılki Nobel Kimya Ödülü’nün arkasındaki keşiflerden birine yol açan parlak fikir doğduğunda, Barbas’ın araştırma grubunda zaten doktora sonrası bir pozisyon alıyordu.

Çığır açan işler

Benjamin Listesi

Benjamin List, katalitik antikorlarla çalıştı. Normalde, antikorlar vücudumuzdaki yabancı virüslere veya bakterilere bağlanır , ancak Scripps’teki araştırmacılar onları kimyasal reaksiyonları tetikleyebilmeleri için yeniden tasarladılar.

Katalitik antikorlarla çalışma sürecinde Benjamin List, enzimlerin nasıl çalıştığı hakkında düşünmeye başladı. Genellikle yüzlerce amino asitten oluşan dev moleküllerdir.

Bu amino asitlere ek olarak, enzimlerin önemli bir kısmında kimyasal süreçleri yönlendirmeye yardımcı olan metaller de bulunur.

Ancak birçok enzim, metallerin yardımı olmadan kimyasal reaksiyonları katalize eder. Bu temel nokta! Bunun yerine reaksiyonlar, enzimdeki bir veya birkaç bireysel amino asit tarafından yürütülür.

Benjamin List’in kafa karıştırıcı sorusu şudur: amino asitler kimyasal bir reaksiyonu katalize eden bir enzimin parçası mıdır? Veya tek bir amino asit ya da benzer basit bir molekül aynı işi yapabilir mi?

1970’lerin başından beri  prolin adı verilen bir amino asidin  katalizör olarak kullanıldığı araştırmalar olduğunu biliyordu – ama bu 25 yıldan fazla bir süre önceydi.

Benjamin List’in katalizör keşfinin simülasyonu. Fotoğraf: Johan Jarnestad

Elbette, eğer prolin gerçekten etkili bir katalizör olsaydı, birileri üzerinde çalışmaya devam eder miydi?

Bu, aşağı yukarı Benjamin List’in düşündüğü şeydir; hiç kimsenin bu fenomeni incelemeye devam etmemesinin sebebinin onun çalışmaması olduğunu savunuyor.

SEE ALSO  Saf madde mi karışım mı? Deneyi. | En ayrıntılı çay saf madde mi karışım mı ile ilgili tüm bilgiler

Gerçek bir beklenti olmaksızın, prolinin  , iki farklı molekülden gelen karbon atomlarının birbirine bağlandığı bir aldol reaksiyonunu katalize edip edemeyeceğini test etti. Şaşırtıcı bir şekilde hemen işe yarayan basit bir çabaydı.

Benjamin List, yaptığı deneylerle sadece prolinin etkili bir katalizör olduğunu göstermekle kalmadı, aynı zamanda bu amino asidin asimetrik katalizi destekleyebileceğini de gösterdi. İki olası ayna görüntüsünden biri diğerinden çok daha yaygın olarak oluşur.

Prolini bir katalizör olarak test eden önceki araştırmacıların aksine, Benjamin List sahip olabileceği muazzam potansiyeli anladı.

Hem metaller hem de enzimlerle karşılaştırıldığında prolin, kimyagerler için arzu edilen bir araçtır. Çok basit, ucuz ve çevre dostu bir moleküldür.

List, 2000 yılının Şubat ayında keşfini duyurduğunda, organik moleküllerle asimetrik katalizi pek çok fırsatı olan yeni bir kavram olarak tanımladı: “Katalizörlerin tasarımı ve iyileştirilmesi Bu, gelecekteki hedeflerimizden biridir.”

Ancak bu konuda yalnız değildir. Kaliforniya’nın kuzeyindeki bir laboratuvarda David MacMillan da benzer bir amaç için çalışıyor.

Çözüm

Organik kataliz için binlerce kullanım örneği sıralanabilir – ama neden kimse bu basit, yeşil ve ucuz asimetrik kataliz konseptini daha önce ortaya çıkarmadı?

Bu sorunun birçok cevabı var. Birincisi, basit fikirlerin genellikle görselleştirilmesi en zor olanıdır. Görüşlerimiz, yalnızca metallerin veya enzimlerin kimyasal reaksiyonları yönlendirebileceği fikri gibi, dünyanın nasıl çalıştığına dair güçlü klişelerle gölgeleniyor.

Benjamin List ve David MacMillan, kimyagerlerin onlarca yıldır mücadele ettiği bir soruna dahiyane bir çözüm bulmak için bu klişelerin üstesinden gelmeyi başardılar. Bu nedenle, organik katalizörler – şu anda – insanlığa en büyük faydayı sağlıyor.

Makale burada bitiyor. Umarım gelecekte size biraz yardımcı olur. Bir dahaki sefere birisi bu konuyu sorduğunda, arkasındaki kimyayı hatırla!

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.