הסבר: רעיון פשוט שזרז תגובות משתנות משחק

הרעיון הפשוט שליסט ומקמילן הביאו, בעבודה עצמאית, היה לחפש זרזים חדשים, החומרים המשמשים להאצת תגובות כימיות, כאשר רובם האמינו שהם תקועים עם סט קיים, קצת לא יעיל.

זוכי פרס 2021 בנג'מין רשימת (משמאל) ודיוויד מקמילן. (אתר פרס נובל)

רעיונות פשוטים הם לרוב הקשים ביותר לדמיין, אמרה ועדת פרס נובל בעודה כיבדה את בנג'מין ליסט ודיוויד מקמילן עם נובל הכימיה השנה.

הרעיון הפשוט שליסט ומקמילן הביאו, בעבודה עצמאית, היה לחפש זרזים חדשים, החומרים המשמשים להאצת תגובות כימיות, כאשר רובם האמינו שהם תקועים עם סט קיים, קצת לא יעיל.

הזרזים החדשים, שמקורם בכימיקלים טבעיים, היו ירוקים וזולים יותר, והבטיחו שהתוצר הסופי של התגובה הכימית יהיה מזן ספציפי - ולא היה צריך לעבור תהליך טיהור כדי להניב את סוג התרכובת הרצויה.

התגלית שזכתה בפרס נובל לכימיה לשנת 2021 לקחה את הבנייה המולקולרית לרמה חדשה לגמרי, אמרה ועדת נובל. השימושים בו כוללים מחקר על תרופות חדשות והוא גם עזר להפוך את הכימיה לירוקה יותר.

זרזים

כאשר שתי תרכובות או יותר מגיבות ליצירת תרכובות חדשות, התהליך נעזר לעתים קרובות בכימיקלים אחרים שאינם משנים את עצמם, אך עוזרים להאיץ את התגובה. זרזים אלו ידועים לפחות מאמצע המאה ה-19, והם משמשים כמעט בכל תהליך כימי בימינו.

עד 2000 בערך, רק שני סוגים של כימיקלים היו ידועים כזרזים יעילים: מתכות, בעיקר מתכות כבדות יותר; ואנזימים, מולקולות כבדות המתרחשות באופן טבעי המאפשרות את כל התהליכים הביוכימיים תומכי החיים. לשתי קבוצות הזרזים הללו היו מגבלות.

מתכות כבדות יותר הן יקרות, קשות לכרייה ורעילות לבני אדם ולסביבה. למרות התהליכים הטובים ביותר, נשארו עקבות בתוצר הסופי; זה יצר בעיות במצבים שבהם נדרשו תרכובות בעלות טוהר גבוה מאוד, כמו בייצור תרופות. כמו כן, מתכות דרשו סביבה נקייה ממים וחמצן, דבר שהיה קשה להבטיח בקנה מידה תעשייתי.

אנזימים, לעומת זאת, פועלים בצורה הטובה ביותר כאשר מים משמשים כתווך לתגובה הכימית. אבל זו לא סביבה המתאימה לכל מיני תגובות כימיות.

קטליזה אורגנית

ליסט ומקמילן, שניהם בני 53, החלו להתנסות בתרכובות אורגניות פשוטות. תרכובות אורגניות הן לרוב חומרים טבעיים, הבנויים סביב מסגרת של אטומי פחמן ובדרך כלל מכילים מימן, חמצן, חנקן, גופרית או זרחן. כימיקלים תומכי חיים כמו חלבונים, שהם שרשראות ארוכות של חומצות אמינו (תרכובות פחמן המכילות חנקן וחמצן) הם אורגניים. אנזימים הם גם חלבונים, ולכן, תרכובות אורגניות.

ליסט ומקמילן היו מודעים למחקר מוקדם יותר משנות ה-70, שבו חומצת אמינו בשם פרולין שימשה כזרז בכמה תגובות ספציפיות. אבל תפקידו לא נחקר במלואו. הם התחילו לעבוד עם חומצות אמינו בודדות באנזימים - ופגעו בזהב.

קטליזה אסימטרית

לחומצות האמינו הבודדות היה יתרון נוסף: הן הבטיחו שרק זן אחד של התוצר הסופי נוצר בתגובה.

חומרים יכולים להיות בעלי אותו הרכב כימי ונוסחה מולקולרית בדיוק; ובכל זאת שונים מאוד במאפיינים שלהם. הם ידועים כאיזומרים. סוג אחד של איזומרים הם אלו הנבדלים באופן שבו אטומים בודדים מכוונים במרחב התלת מימדי. שתי מולקולות יכולות להיות זהות לחלוטין, אלא שהן תמונות מראה אחת של השנייה, כמו הידיים שלנו. לשם הפשטות, מדענים מתייחסים לעתים קרובות למולקולות הללו כשמאליות או ימניות. להבדל הפשוט הזה יכולות לפעמים להיות השלכות עצומות, מכיוון שהוא מאפשר למולקולות להיקשר במקומות שונים כשהן מקיימות אינטראקציה עם מולקולות אחרות.

התוצר הסופי בתגובה כימית הוא בדרך כלל תערובת של מולקולות שמאליות וימניות. התגובות הכימיות הרגילות המבוצעות במעבדות אינן סלקטיביות בהקשר זה. אבל הטבע כן. מכיוון שלתמונות המראה יכולות להיות תכונות שונות מאוד, תהליכים טבעיים הם סלקטיביים ומדויקים ביותר. הם מייצרים מולקולה שמאלית או ימנית.

ליסט ומקמילן גילו שבאמצעות שימוש בתרכובת טבעית כמו חומצת אמינו כזרז, הם משיגים רק תמונת מראה אחת ספציפית של התוצר הסופי. זה נקרא מאוחר יותר קטליזה אסימטרית.

ליסט ומקמילן הגיעו לשינוי משחק מוחלט. תחום הזרזים האורגניים, שם שמקמילן השתמש בו מאוחר יותר כדי לתאר את הקבוצות החדשות הללו של זרזים, התפוצץ בשני העשורים האחרונים. הם גילו כלי פשוט וגאוני אבל ההשפעה שלו הייתה עצומה, בעיקר בתעשיית התרופות, אבל גם בכמה מקומות אחרים, אמר פרופ' RG Bhat מהמכון ההודי לחינוך ומחקר מדעי בפונה, שעובד בעצמו עם זרזים אורגניים. .

ד'ר S Chandrashekhar, מנהל המכון ההודי לטכנולוגיה כימית בהיידראבאד, אמר שהמשמעות הגדולה של העבודה היא שהיא הפכה את התהליכים לבטוחים וברי קיימא הרבה יותר מקודם.

אני גם שמח מאוד לציין שוועדת נובל בחרה הפעם בפריצת דרך בכימיה טהורה. בעבר, נובל הכימיה זיהה לעתים קרובות עבודה שהשתייכה בעצם לתחום הביולוגיה, אמר.

ניוזלטר| לחץ כדי לקבל את הסברים הטובים ביותר של היום בתיבת הדואר הנכנס שלך

שתף עם החברים שלך: