Moleküller Oluşturmanın Daha Kolay, Daha Yeşil Bir Yolu Kimya Nobel Ödülü’nü Kazandırdı!

Kimyagerler Benjamin List ve David MacMillan ‘asimetrik organokataliz’ geliştirdi.

limonenin iki ayna versiyonunun moleküler yapılarının gösterimi
Birçok kimyasal reaksiyon, limonen adı verilen bir molekülün bu çizimleri gibi, bir molekülün birbirinin ayna veya asimetrik görüntüleri olan iki versiyonunu üretir. Çoğu zaman, kimyagerler sadece bir tane yapmak isterler. ©JOHAN JARNESTAD/İSVEÇ KRALİYET BİLİMLER AKADEMİSİ

Molekül yapmak zor iş. Atomlar, genellikle yavaş, dolambaçlı ve savurgan olan bir dizi kimyasal reaksiyon yoluyla belirli düzenlemelerde birbirine dikilmelidir. 2021 Nobel Kimya Ödülü, yüzyılın başında kimyagerlerin yeni moleküller oluşturma biçiminde devrim yaratan, süreci daha hızlı ve daha çevre dostu hale getiren bir araç geliştiren iki bilim insanına veriliyor.

Almanya, Mülheim an der Ruhr’daki Max-Planck-Institut für Kohlenforschung’dan kimyagerler Benjamin List ve Princeton Üniversitesi’nden David MacMillan, asimetrik organokataliz adı verilen bir süreç olan spesifik molekülleri oluşturmak için gerekli kimyasal reaksiyonları hızlandıran bağımsız olarak organik katalizörler geliştirdikleri için ödüle layık görüldüler. . İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, 6 Ekim’de Stockholm’de düzenlediği basın toplantısında, ikilinin 10 milyon İsveç kronu (1,1 milyon dolardan fazla) ödülünü paylaşacağını duyurdu.

Amerikan Kimya Derneği başkanı HN Cheng, “Bu, çok önemli bir çalışmanın yerinde bir takdiridir” diyor.

Cheng, “Kimyagerleri laboratuvarda sihirli değneklere sahip sihirbazlar olarak düşünebiliriz” diyor. “Asayı sallıyoruz ve bir tepki oluyor.” Nobel ödüllü bu kişiler kimyagerlere çok daha verimli ve daha az savurgan olan “yeni bir değnek” verdi, diyor.

Yeni ilaçlar yapmak veya yeni materyaller tasarlamak genellikle daha basit kimyasal yapı taşlarından yeni moleküller oluşturmayı gerektirir. Ancak bu kimyasal yapı taşları öylece bir araya getirilemez. Bunun yerine, bir dizi kimyasal reaksiyon yoluyla kesin düzenlemelerde dikkatlice birleştirilmeleri gerekir. Birçok kimyasal reaksiyon, bir molekülün birbirinin ayna görüntüsü olan iki versiyonunu üretir ve çoğu zaman bu iki versiyonun çok farklı etkileri olabilir. Örneğin, 1950’lerde ve 60’larda sabah bulantısı için reçete edilen bir ilaç olan talidomid bu molekülün bir ayna görüntüsü nedeniyle 10.000’den fazla bebekte doğum kusurlarına neden oldu. Sonuç olarak, bu asimetrik molekülleri oluşturmak ve bir molekülün hangi versiyonunun üretildiğini kontrol etmek, özellikle ilaç geliştirme için son derece önemlidir.

Kimyasal reaksiyonlar, katalizörler tarafından, kimyasal reaksiyonları onlar tarafından dönüştürülmeden hızlandıran moleküler iş atları tarafından kandırılabilir. Tarihsel olarak, kimyagerler iki tür katalizörü biliyorlardı: enzimler ve metal kompleksleri. Enzimler, vücutta çok özel kimyasal eylemler gerçekleştirmek için evrim tarafından bilenmiş büyük, tıknaz proteinlerdir, ancak laboratuvarda büyük ölçekte kullanımları zor olabilir. Platin veya kobalt gibi metaller de bazı reaksiyonları başlatabilir , ancak çoğu yalnızca üretim bağlamlarında elde edilmesi zor olan havasız, susuz ortamlarda çalışır. Ek olarak, birçok metal katalizör de çevre için toksiktir ve tedarik edilmesi pahalıdır.

Kimya tarihinin çoğu için, bunlar yeni moleküller yapmak isteyen kimyagerlerin kullanabileceği tek araçtı. İsveç, Göteborg’daki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nde kimyager olan ve Nobel Kimya Komitesi üyesi olan Pernilla Wittung-Stafshede, basın toplantısında “Fakat 2000 yılında her şey değişti” dedi.

O zamanlar Kaliforniya, La Jolla’daki Scripps Araştırma Enstitüsü’nde çalışan Benjamin List, iki molekülü karbon bağları aracılığıyla birbirine bağlayan aldol reaksiyonunu inceliyordu. Organizmalarda, bu tür reaksiyonlar, gıdayı enerjiye dönüştürmek için çok önemlidir ve aldolaz A adı verilen büyük ve karmaşık bir enzime bağlıdır. Bununla birlikte, enzimin yalnızca küçük bir kısmı reaksiyonu katalize eder ve List, tek bir amino asidin – prolin – olduğunu keşfetti. Bu büyük tıknaz proteinin işini yaparken, nihai ürünün bir versiyonunu diğerinden çok daha sık üretebilirdi.

Benjamin List, Max-Planck-Institute für Kohlenforschung'da bir koridorda duruyor
Max-Planck-Institute für Kohlenforschung’dan Benjamin List, tek bir amino asidin – prolin – kimyasal reaksiyonları tetikleyen büyük, hantal bir enzimin işini yapabileceğini keşfetti, bu araştırma yeni bir kataliz yöntemine yol açtı. © MPG İÇİN FRANK VİNKEN

List, basın toplantısında “Bu deneyi yaptığımda ne olacağını bilmiyordum ve bunun aptalca bir fikir olabileceğini düşündüm” dedi. “İşe yaradığını gördüğümde, büyük bir şey olabileceğini hissettim.”

Listeden habersiz olan MacMillan, aynı zamanda alternatif organik katalizörler de arıyordu. MacMillan, daha sonra California Üniversitesi, Berkeley’de, başka bir kimyasal reaksiyona, karbon atomlarının halkalarını oluşturan Diels-Alder reaksiyonuna odaklandı. Bu, günümüzde kauçuk ve farmasötikler kadar farklı ürünler yapmak için kullanılan önemli bir reaksiyondur, ancak çok yavaştı ve ıslakken çalışmayan hassas metal katalizörlere dayanıyordu. MacMillan, metallerin katalitik etkisini daha basit bir şekilde taklit eden ve aynı zamanda nihai ürünün iki olası ayna görüntüsünden birinin üretimini destekleyen küçük organik moleküller tasarladı. Bu yeni tür katalizi “asimetrik organokataliz”i icat etti.

David MacMillan ofisinde oturuyor
Princeton Üniversitesi’nden David MacMillan, metallerin katalitik etkisini daha basit bir şekilde taklit eden küçük organik moleküller tasarladı ve kendisine 2021 Nobel Kimya Ödülü ‘nü kazandıran çalışma. DENİSE APPLEWHİTE/İLETİŞİM OFİSİ/PRİNCETON ÜNİVERSİTESİ (2012)

List’in ve MacMillan’ın keşifleri, önümüzdeki yirmi yılda daha fazla organokatalizör bulmaya yönelik bir araştırma patlamasına yol açtı, diğer kullanımların yanı sıra ilaç keşfine yardımcı olan bir çalışma.

İsveç’teki Lund Üniversitesi’nde kimyager ve Nobel Kimya Komitesi üyesi Peter Somfai basın toplantısında, dünyanın gayri safi yurtiçi hasılasının yaklaşık yüzde 35’inin katalize bağlı olduğunu söyledi. Önceki yöntemlerden çok daha verimli ve daha çevre dostu olabilen, “Artık organik moleküller yapmak için kullanılabilecek yeni ve güçlü bir aracımız var”.

Somfai, nörotoksin striknini kullanarak verimlilikteki bu ileri sıçramanın altını çizdi. Molekülün kendisi kimyagerler için kullanışlı değildir, ancak karmaşık yapısı onu farklı sentez metodolojilerini karşılaştırmak için iyi bir kıyaslama yapar. Daha önce kimyagerler, ilk malzemenin sadece yüzde 0,0009’unun striknin haline geldiği 29 farklı reaksiyondan oluşan son derece savurgan bir sürece güveniyorlardı. Somfai, organokataliz kullanılarak strikninin artık sadece 12 adımda sentezlenebileceğini ve tüm sürecin 7.000 kat daha verimli olduğunu söyledi. Ve bu ekstra verimlilik, toksik metaller kullanılmadan elde edildiğinden, organokataliz, kimyasalları sentezlemenin daha çevre dostu bir yoludur.

Yazan: İlknur YEŞİLYURT

Kaynak

Nobelprize.org. Nobel Kimya Ödülü 2021 

YouTube Kanalımız

Leave a reply

Please enter your comment!
Please enter your name here