شرح: فكرة بسيطة تحفز تفاعلات تغيير اللعبة - كانون الثاني 2023

الفكرة البسيطة التي توصل إليها List و MacMillan ، بالعمل بشكل مستقل ، كانت البحث عن محفزات جديدة ، المواد المستخدمة لتسريع التفاعلات الكيميائية ، عندما اعتقد معظمهم أنهم عالقون مع مجموعة موجودة غير فعالة إلى حد ما.

الفائزان بجائزة 2021 Benjamin List (يسار) وديفيد ماكميلان. (موقع جائزة نوبل)

قالت لجنة جائزة نوبل أثناء تكريم بنجامين ليست وديفيد ماكميلان بحصوله على نوبل في الكيمياء هذا العام ، غالبًا ما تكون الأفكار البسيطة هي الأصعب في تخيلها.





الفكرة البسيطة التي توصل إليها List و MacMillan ، بالعمل بشكل مستقل ، كانت البحث عن محفزات جديدة ، المواد المستخدمة لتسريع التفاعلات الكيميائية ، عندما اعتقد معظمهم أنهم عالقون مع مجموعة موجودة غير فعالة إلى حد ما.

جائزة نوبل للاقتصاد| الجائزة الأولى لاقتصاديات العمل

كانت المحفزات الجديدة ، المشتقة من مواد كيميائية طبيعية ، أكثر اخضرارًا وأرخص تكلفة ، وضمنت أن المنتج النهائي للتفاعل الكيميائي كان من صنف معين - ولم يكن بحاجة إلى الخضوع لعملية تنقية لإنتاج النوع المطلوب من المركب.





قالت لجنة نوبل إن الاكتشاف الذي حصل على جائزة نوبل في الكيمياء 2021 قد أخذ البناء الجزيئي إلى مستوى جديد تمامًا. تشمل استخداماته البحث في المستحضرات الصيدلانية الجديدة وقد ساعد أيضًا في جعل الكيمياء أكثر اخضرارًا.

جائزة نوبل للسلام 2021| الصحفيون المستقلون الذين دافعوا عن حرية التعبير

المحفزات



عندما يتفاعل مركبان أو أكثر لتكوين مركبات جديدة ، غالبًا ما يتم مساعدة العملية بواسطة مواد كيميائية أخرى لا تغير نفسها ، ولكنها تساعد في تسريع التفاعل. عُرفت هذه المحفزات على الأقل منذ منتصف القرن التاسع عشر ، وهي تُستخدم تقريبًا في كل عملية كيميائية هذه الأيام.

حتى حوالي عام 2000 ، كان من المعروف أن نوعين فقط من المواد الكيميائية يعملان كمحفزات فعالة: المعادن ، وخاصة المعادن الثقيلة ؛ والأنزيمات ، الجزيئات الثقيلة التي تحدث بشكل طبيعي والتي تسهل جميع العمليات الكيميائية الحيوية التي تدعم الحياة. كلتا المجموعتين من المحفزات كانت لها قيود.



المعادن الأثقل غالية الثمن ، ويصعب استخراجها ، وسامة للإنسان والبيئة. على الرغم من أفضل العمليات ، بقيت آثار في المنتج النهائي ؛ وقد أدى ذلك إلى ظهور مشكلات في المواقف التي تتطلب مركبات عالية النقاء ، كما هو الحال في صناعة الأدوية. أيضًا ، تتطلب المعادن بيئة خالية من الماء والأكسجين ، وهو أمر يصعب ضمانه على نطاق صناعي.

من ناحية أخرى ، تعمل الإنزيمات بشكل أفضل عند استخدام الماء كوسيط للتفاعل الكيميائي. لكن هذه ليست بيئة مناسبة لجميع أنواع التفاعلات الكيميائية.



الحفز العضوي

بدأ List و MacMillan ، كلاهما 53 عامًا ، في تجربة مركبات عضوية بسيطة. المركبات العضوية هي في الغالب مواد تحدث بشكل طبيعي ، مبنية حول إطار من ذرات الكربون وعادة ما تحتوي على الهيدروجين أو الأكسجين أو النيتروجين أو الكبريت أو الفوسفور. المواد الكيميائية الداعمة للحياة مثل البروتينات ، وهي سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية (مركبات الكربون التي تحتوي على النيتروجين والأكسجين) هي مواد عضوية. الإنزيمات هي أيضًا بروتينات ، وبالتالي فهي مركبات عضوية.



كان ليست وماكميلان على دراية بأبحاث سابقة من السبعينيات ، حيث تم استخدام حمض أميني يسمى البرولين كمحفز في بعض التفاعلات المحددة. لكن لم يتم استكشاف دورها بالكامل. بدأوا العمل مع الأحماض الأمينية الفردية في الإنزيمات - وضربوا الذهب.

نوبل في علم وظائف الأعضاء| نوبل لفك رموز علم اللمس

الحفز غير المتماثل



تتمتع الأحماض الأمينية الفردية بميزة إضافية: فقد ضمنت إنتاج نوع واحد فقط من المنتج النهائي في التفاعل.

يمكن أن تحتوي المواد على نفس التركيب الكيميائي والصيغة الجزيئية تمامًا ؛ ومع ذلك تختلف اختلافا كبيرا في خصائصها. وهي معروفة باسم الايزومرات. نوع واحد من الايزومرات هو تلك التي تختلف في طريقة توجيه الذرات الفردية في الفضاء ثلاثي الأبعاد. يمكن أن يكون جزيءان متماثلان تمامًا ، باستثناء أنهما صورتان متطابقتان لبعضهما البعض ، مثل أيدينا. للتبسيط ، غالبًا ما يشير العلماء إلى هذه الجزيئات على أنها أعسر أو يمين. قد يكون لهذا الاختلاف البسيط أحيانًا عواقب وخيمة ، لأنه يسمح للجزيئات بالارتباط في مواقع مختلفة عندما تتفاعل مع جزيئات أخرى.

عادة ما يكون المنتج النهائي في تفاعل كيميائي مزيجًا من جزيئات اليد اليسرى واليمنى. التفاعلات الكيميائية العادية التي يتم إجراؤها في المختبرات ليست انتقائية في هذا الصدد. لكن الطبيعة. نظرًا لأن الصور المرآة يمكن أن يكون لها خصائص مختلفة جدًا ، فإن العمليات الطبيعية انتقائية ودقيقة للغاية. ينتجون إما جزيء أعسر أو يمين.

اكتشف List و MacMillan أنه باستخدام مركب طبيعي مثل الأحماض الأمينية كمحفز ، كانا يحصلان على صورة معكوسة واحدة محددة للمنتج النهائي. سمي هذا لاحقًا بالحفز غير المتماثل.

جاء List و MacMillan بتغيير مطلق للعبة. انفجر مجال المحفزات العضوية ، وهو الاسم الذي استخدمه ماكميلان لاحقًا لوصف هذه المجموعات الجديدة من المحفزات ، في العقدين الماضيين. قال البروفيسور RG Bhat من المعهد الهندي لتعليم العلوم والبحوث في بيون ، الذي يعمل مع المحفزات العضوية بنفسه ، إنهم اكتشفوا أداة بسيطة ومبتكرة ، لكن تأثيرها كان هائلاً ، بشكل رئيسي في صناعة الأدوية ، ولكن أيضًا في عدة أماكن أخرى. .

قال الدكتور S Chandrashekhar ، مدير المعهد الهندي للتكنولوجيا الكيميائية ومقره حيدر أباد ، إن الأهمية الكبرى للعمل هو أنه جعل العمليات أكثر أمانًا واستدامة من ذي قبل.

نوبل في الفيزياء 2021| أول جائزة نوبل لعلوم المناخ

يسعدني أيضًا أن أشير إلى أن لجنة نوبل اختارت إنجازًا كبيرًا في الكيمياء البحتة هذه المرة. قال إنه في الماضي ، غالبًا ما اعترف جائزة نوبل في الكيمياء بالعمل الذي ينتمي أساسًا إلى مجال علم الأحياء.

النشرة الإخبارية| انقر للحصول على أفضل الشرح لهذا اليوم في بريدك الوارد

شارك الموضوع مع أصدقائك: