Nobel 2021 Kimya Ödülü’nün kazananları belli oldu.

Alman kimyager Benjamin List ve İngiliz kimyager David WC MacMillan , asimetrik organokataliz gelişimi üzerine çığır açan çalışmalar için Aralık ayında Stockholm’e gidecek .

Yeni bir tür molekül sentezinin yolunu açan iki keşif arasında yaklaşık bir milyon avro para ödülü paylaşılacak.

Bugün kimyanın gelişmesiyle birlikte, bugün herhangi bir molekülün aşikar sentezinin, tarihte hiç sahip olmadığımız olağanüstü bir araç olduğunu neredeyse unuttuk. Ancak doğa, milyonlarca yıl önce enzimleri icat ettiğinde sorunu çözdü. Bunlar, canlılarda kimyasal reaksiyonları katalize eden çok büyük moleküllerdir. Her canlıda milyonlarca iyi tanımlanmış molekülün oluşması gerekir, bu nedenle enzimlere ihtiyaç vardır. Bunlar, reaktanların hızla ve seçici olarak istenen bileşiklere dönüştürülmesini sağlar. Araştırmacılar enzimleri ilk keşfettiklerinde, yalnızca karmaşıklıklarına ve etkinliklerine hayret edebildiler. Cephaneliğimizde neredeyse bu kadar etkili olan hiçbir şey yoktu.

İki yüzyıldır var olan bir başka kataliz türü de metal katalizdir. Hidrojen peroksit termodinamik olarak kararlı bir bileşik değildir, ancak çok yavaş ayrıştığı için eczaneden satın alınabilir. Ancak içine biraz gümüş dökersek, gümüş hiçbir şekilde değişmeden hızla suya ve oksijene ayrışır. Gümüşün reaksiyonu katalize ettiğini, dolayısıyla hızlandırdığını söylüyoruz. 1835’te İsveçli kimyager Jacob Berzelius, kimyasal reaksiyon katalizörlerini tetikleyen maddelere isim verdi.

O zamandan beri, endüstride çeşitli kimyasallar üretmek için toplu olarak kullanılan binlerce metal katalizör keşfedildi. İnsanlığı sonsuz açlıktan kurtaran amonyaktan karmaşık platform kimyasallarına kadar hepsi, dünyanın gayri safi yurtiçi hasılasının üçte birinden sorumlu olan katalitik süreçlerin sonucudur. Katalizörler bileşiklerdir kimyasal reaksiyonu istenen ürünlere önemli ölçüde hızlandıran, ancak reaksiyonda kaybolmayan. Tabii ki, katalizörler zamanla yaşlanır ve verimlerini kaybederler, ancak bu, bir kimyasal reaksiyonda klasik bir tüketim değildir.

2000 yılına kadar da öyleydi. Katalizörler metallerden veya canlılardan elde edilen enzimlerden yapılıyordu. Bu moleküller katalizde o kadar etkilidir ki kimyagerler onları taklit etmek için yeni yapay katalizörler yapmak istediler. Doktora sonrası toplantıda, Benjamin List zaten bireysel küçük moleküllerin herhangi bir reaksiyonu katalize edip edemeyeceği sorusuyla uğraşıyordu. Sonuçta, enzimler, enzimin sadece küçük bir bölümünün aktif olarak dahil olduğu son derece uzun bir amino asit dizisinden başka bir şey değildir – bazılarında metal iyonları bile vardır, ancak hepsi değil. Benjamin List ilk önce küçük amino asit prolinin aldol yoğunlaşmasını katalize etme yeteneğine sahip olduğunu gösterdi . İlki, prolinin asimetrik kataliz yeteneğine sahip olduğunu gösterdi ve ilki, bunun katalizin gelişimi için ne kadar önemli etkileri olduğunu anladı.

Daha büyük moleküllerin büyük çoğunluğu kiraldir . Bu, atomların üç boyutlu uzaydaki bağlantılarından dolayı iki ayna biçiminde var oldukları anlamına gelir. Onları eldivenlere benzer şekilde hayal edebiliriz. Sol ve sağ eldivenler aynı yapılır, ancak ayna görüntüsü oldukları için aynı değildirler. Moleküllerde de durum aynıdır. Örneğin insan vücudunda, tüm şekerler ve tüm amino asitler kesinlikle yalnızca bir ayna biçiminde bulunurken, diğerinin hiçbir fizyolojik etkinliği yoktur. Örneğin L-glukoz , kimyasal olarak normal glikoz ile aynıdır ve hatta aynı tada sahiptir, ancak insan vücudu onu bir enerji kaynağı olarak kullanamaz çünkü vücuttaki enzimler onu fosforile edemez. Özellikle ilaç endüstrisinde, genellikle sadece bir izomer aktiftir ve diğeri en iyi ihtimalle aktiftir ve hatta zararlı olabilir.Cisplatin bir anti-kanser ilacıdır, ancak transplatin değildir.

Katalize geri dönelim. David MacMillan, Berkeley’de metalleri kullanarak asimetrik katalizi araştırdı. Konvansiyonel, katalizsiz kimyasal reaksiyonlarda molekülün her iki ayna görüntüsü de aynı oranda oluşurken, olmaması için bir neden yoktur, katalizli reaksiyonlarda farklı olabilir. Katalizörler veya katalizör-reaktan grupları asimetrik ise, kataliz seçici olarak sadece bir izomere kadar da gerçekleşebilir. Ve MacMillan, metal iyonları olmadan katalizleyebilecek, yani karbon, oksijen, hidrojen ve nitrojenden oluşan organik bileşikler bulmaya başladı. Potansiyel adaylarla sürekli ve sabırlı deneyler yaparak, hangi molekülün Diels-Alder reaksiyonunu katalize ettiğini keşfetti .. MacMillan, çok çeşitli reaksiyonları katalize edebilen birkaç organik molekülden sadece biri olduğuna o kadar inanmıştı ki, bu yeni kataliz türü için organokataliz adını verdi.

Bugüne kadar araştırmacılar, yüksek sıcaklıklar, basınçlar veya toksik çözücüler gerektirmedikleri için artık daha çevre dostu olan bir dizi kimyasal reaksiyonu basitleştirerek daha ucuz hale gelen binlerce organokatalizörü keşfettiler. Ve tüm hikayeyle ilgili en sıra dışı şey, organokataliz kavramının o kadar basit olması ki, 2000’den sonra herkes daha önce nasıl kimsenin aklına gelmediğini merak etti.

Kataliz, önceki birçok Nobel Ödülü’nün kanıtladığı gibi, kimya ve kimya mühendisliğinin en önemli dallarından biri olmaya devam ediyor. Ostwald, 1909 gibi erken bir tarihte Kataliz Keşif Ödülü’nü aldı ve daha sonra Sabatier (1912), Ziegler ve Natta (1963), Cornforth (1975), Knowles, Noyori ve Sharpless (2001, asimetrik kataliz) spesifik katalizli reaksiyonlar için verildi.