อธิบาย: แนวคิดง่ายๆ ที่กระตุ้นปฏิกิริยาเปลี่ยนเกม

แนวคิดง่ายๆ ที่ List และ MacMillan คิดขึ้นเองคือ มองหาตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ สารที่ใช้ในการเร่งปฏิกิริยาเคมี ซึ่งส่วนใหญ่เชื่อว่าติดอยู่กับชุดที่มีอยู่ซึ่งค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ

2021 ผู้ได้รับรางวัล Benjamin List (ซ้าย) และ David Macmillan (เว็บไซต์รางวัลโนเบล)

แนวคิดง่ายๆ มักเป็นการจินตนาการที่ยากที่สุด คณะกรรมการรางวัลโนเบลกล่าวในขณะที่ให้เกียรติ Benjamin List และ David MacMillan ด้วยรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปีนี้

แนวคิดง่ายๆ ที่ List และ MacMillan คิดขึ้นเองคือ มองหาตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ สารที่ใช้ในการเร่งปฏิกิริยาเคมี ซึ่งส่วนใหญ่เชื่อว่าติดอยู่กับชุดที่มีอยู่ซึ่งค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ

ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ซึ่งได้มาจากสารเคมีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาตินั้นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและราคาถูกกว่า และทำให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยาเคมีนั้นมีความหลากหลายเฉพาะ และไม่ต้องผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์เพื่อให้ได้สารประกอบตามประเภทที่ต้องการ

การค้นพบนี้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี พ.ศ. 2564 ได้ยกระดับการสร้างโมเลกุลไปสู่ระดับใหม่โดยสิ้นเชิง คณะกรรมการโนเบลกล่าว การใช้งานรวมถึงการวิจัยยาใหม่ๆ และยังช่วยให้เคมีเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

ตัวเร่งปฏิกิริยา

เมื่อสารประกอบตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างสารประกอบใหม่ กระบวนการนี้มักจะได้รับความช่วยเหลือจากสารเคมีอื่นๆ ที่ไม่เปลี่ยนแปลงตัวเอง แต่ช่วยเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้รู้จักกันอย่างน้อยตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 19 และถูกใช้ในแทบทุกกระบวนการทางเคมีในทุกวันนี้

จนถึงราวปี พ.ศ. 2543 ทราบว่ามีสารเคมีเพียงสองชนิดที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพ ได้แก่ โลหะ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโลหะหนักกว่า และเอ็นไซม์ ซึ่งเป็นโมเลกุลหนักที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งเอื้อต่อกระบวนการทางชีวเคมีที่ช่วยชีวิตทั้งหมด ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองชุดนี้มีข้อจำกัด

โลหะที่หนักกว่านั้นมีราคาแพง ขุดยาก และเป็นพิษต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม แม้จะมีกระบวนการที่ดีที่สุด แต่ร่องรอยยังคงอยู่ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ทำให้เกิดปัญหาในสถานการณ์ที่ต้องใช้สารประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก เช่น ในการผลิตยา นอกจากนี้ โลหะยังต้องการสภาพแวดล้อมที่ปราศจากน้ำและออกซิเจน ซึ่งยากต่อการรับรองในระดับอุตสาหกรรม

ในทางกลับกัน เอนไซม์จะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อใช้น้ำเป็นสื่อกลางในปฏิกิริยาเคมี แต่นั่นไม่ใช่สภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาเคมีทุกประเภท

ตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์

List และ MacMillan ทั้ง 53 คนเริ่มทดลองกับสารประกอบอินทรีย์อย่างง่าย สารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งสร้างขึ้นจากโครงสร้างอะตอมของคาร์บอนและมักประกอบด้วยไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน กำมะถัน หรือฟอสฟอรัส สารเคมีที่ช่วยชีวิต เช่น โปรตีน ซึ่งเป็นสายโซ่ยาวของกรดอะมิโน (สารประกอบคาร์บอนที่มีไนโตรเจนและออกซิเจน) เป็นสารอินทรีย์ เอ็นไซม์ก็เป็นโปรตีนเช่นกัน ดังนั้น สารประกอบอินทรีย์

List และ MacMillan ทราบถึงการวิจัยก่อนหน้านี้ในช่วงทศวรรษ 1970 ซึ่งใช้กรดอะมิโนที่เรียกว่าโพรลีนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาบางอย่าง แต่บทบาทของมันไม่ได้ถูกสำรวจอย่างเต็มที่ พวกเขาเริ่มทำงานกับกรดอะมิโนแต่ละตัวในเอ็นไซม์ — และตีทอง

ตัวเร่งปฏิกิริยาอสมมาตร

กรดอะมิโนแต่ละชนิดมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติม: ทำให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีความหลากหลายเพียงชนิดเดียวในปฏิกิริยา

สารสามารถมีองค์ประกอบทางเคมีและสูตรโมเลกุลเหมือนกันทุกประการ แต่คุณสมบัติต่างกันมาก พวกเขาเรียกว่าไอโซเมอร์ ไอโซเมอร์ประเภทหนึ่งคือไอโซเมอร์ประเภทหนึ่งที่แตกต่างกันในลักษณะที่อะตอมแต่ละตัวมีการวางแนวในพื้นที่สามมิติ สองโมเลกุลอาจเหมือนกันทุกประการ เว้นแต่จะเป็นภาพสะท้อนของกันและกัน เช่นเดียวกับมือของเรา เพื่อความเรียบง่าย นักวิทยาศาสตร์มักจะอ้างถึงโมเลกุลเหล่านี้ว่าเป็นคนถนัดซ้ายหรือถนัดขวา ความแตกต่างง่ายๆ ในบางครั้งอาจมีผลที่ตามมาอย่างมหาศาล เพราะมันทำให้โมเลกุลสามารถจับกันในตำแหน่งต่างๆ ได้เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลอื่นๆ

ผลิตภัณฑ์สุดท้ายในปฏิกิริยาเคมีมักเป็นส่วนผสมของโมเลกุลมือซ้ายและมือขวา ปฏิกิริยาเคมีตามปกติที่ทำในห้องปฏิบัติการจะไม่ได้รับการคัดเลือกในเรื่องนี้ แต่ธรรมชาติคือ เนื่องจากภาพสะท้อนในกระจกสามารถมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมาก กระบวนการทางธรรมชาติจึงมีความเฉพาะเจาะจงอย่างยิ่งและแม่นยำ พวกมันสร้างโมเลกุลที่ถนัดซ้ายหรือถนัดขวา

List และ MacMillan ค้นพบว่าโดยใช้สารประกอบธรรมชาติเช่นกรดอะมิโนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา พวกมันได้ภาพสะท้อนเฉพาะของผลิตภัณฑ์สุดท้าย ภายหลังได้รับการตั้งชื่อว่าตัวเร่งปฏิกิริยาแบบอสมมาตร

List และ MacMillan เป็นผู้เปลี่ยนเกมอย่างแท้จริง เขตข้อมูลของตัวเร่งปฏิกิริยาออร์แกนิก ซึ่งเป็นชื่อที่ MacMillan ใช้เพื่ออธิบายตัวเร่งปฏิกิริยาชุดใหม่เหล่านี้ในเวลาต่อมา ได้ระเบิดขึ้นในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ศาสตราจารย์ RG Bhat แห่งสถาบัน Indian Institute of Science Education and Research ในเมืองปูเน่ เปิดเผยว่า พวกเขาค้นพบเครื่องมือที่เรียบง่ายและชาญฉลาด แต่ผลกระทบนั้นมหาศาล โดยส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมยา แต่ยังรวมถึงที่อื่นๆ อีกหลายแห่งด้วย .

Dr S Chandrashekhar ผู้อำนวยการสถาบันเทคโนโลยีเคมีแห่งอินเดียในไฮเดอราบาด กล่าวว่า ความสำคัญที่ยิ่งใหญ่ของงานนี้คือการทำให้กระบวนการปลอดภัยและยั่งยืนมากขึ้นกว่าเมื่อก่อนมาก

ฉันมีความยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ทราบว่าคณะกรรมการโนเบลได้เลือกความก้าวหน้าในวิชาเคมีบริสุทธิ์ในครั้งนี้ ในอดีต นักเคมีโนเบลมักรู้จักงานที่มีส่วนสำคัญในขอบเขตของชีววิทยา เขากล่าว

จดหมายข่าว| คลิกเพื่อรับคำอธิบายที่ดีที่สุดของวันนี้ในกล่องจดหมายของคุณ

แบ่งปันกับเพื่อนของคุณ: