Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Nobel z chemii za pomysł tak prosty i genialny, że aż dziwne, iż nikt wcześniej o tym nie pomyślał

Recommended Posts

Tegoroczną Nagrodą Nobla z chemii podzielą się Benjamin List z Niemiec i David MacMillan z USA, zdecydowała Szwedzka Królewska Akademia Nauk. Nagrodę przyznano za rozwój asymetrycznej katalizy organicznej. Prace Lista i MacMillana mają olbrzymi wpływ na tworzenie nowych leków, a przy okazji czynią procesy chemiczne bardziej przyjazne środowisku naturalnemu.

Bardzo wiele dziedzin nauki i obszarów działalności przemysłowej jest zależnych od możliwości tworzenia molekuł o pożądanych właściwościach. Takich, dzięki którym powstaną wytrzymałe materiały, w których będzie można przechowywać energię czy molekuł służących do walki z chorobami. Stworzenie takich cząsteczek wymaga użycia odpowiednich katalizatorów, substancji pozwalających kontrolować i przyspieszać reakcje chemiczne, ale które nie wchodzą w skład finalnego produktu tych reakcji. Katalizatory są wszechobecne. Mamy je też w naszych organizmach, gdzie katalizatorami są enzymy, biorące udział w wytwarzaniu związków chemicznych niezbędnych do życia.

Przez całe dziesięciolecia uważano, że katalizatorami mogą być jedynie metale lub enzymy. Jednak w 2000 roku dowiedzieliśmy się, że istnieje trzeci rodzaj katalizatorów, gdy Benjamin List i David MacMillan – niezależnie od siebie – odkryli proces asymetrycznej katalizy organicznej, który opiera się na niewielkich molekułach organicznych.

Ten pomysł na przeprowadzenie katalizy jest tak prosty i genialny, że aż rodzi się pytanie, dlaczego nikt nie wpadł na to wcześniej, powiedział Johan Åqvist, przewodniczący zespołu przyznającego Nagrodę Nobla z chemii.

Naukowcy przez dziesięciolecia mogli tylko z zazdrością patrzeć na możliwości enzymów, dzięki którym natura tworzy niezwykle złożone cząsteczki. Nauka jednak powoli szła do przodu i nasze możliwości również się zwiększały. Na przełomie wieków, dzięki Listowi i MacMillanowi nasze zdolności w tym zakresie znacząco się zwiększyły. Obaj uczeni przenieśli możliwości tworzenia molekuł na całkowicie nowy poziom. Opracowali proce, który nie tylko jest mniej szkodliwy dla środowiska, ale przede wszystkim znacząco zwiększa możliwości tworzenie molekuł asymetrycznych.

Chemicy przez długie lata mieli problem z tym, że wiele molekuł występuje w dwóch postaciach – odbić lustrzanych, które jednak nie są identyczne. Są obiektami chiralnymi, o różnych właściwościach. Za przykład może tutaj posłużyć limonen, cząsteczka odpowiadająca za zapach cytryny, której lustrzane odbicie daje zapach pomarańczy. Problem w tym, że zwykle potrzebujemy konkretnej wersji danej molekuły. Jest to wyjątkowo ważne przy produkcji leków. A gdy w procesie katalizy powstaną obie wersje, trzeba te wymieszane bliźniaczo podobne molekuły zidentyfikować i od siebie oddzielić, co nie jest łatwym zadaniem.

W XIX wieku chemicy zauważyli niezwykłe zjawisko. Na przykład gdy do nadtlenku wodoru (H202) dodali srebra, dochodziło do pojawienia się wody (H2O) i tlenu (O2), jednak wydawało się, że cała ta reakcja nie miała żadnego wpływu na srebro. W 1835 roku szwedzki chemik Jacob Berzelius opisał taki proces na kilkunastu różnych przykładach i nazwał to zjawisko katalizą.

Z czasem odkryto olbrzymią liczbę katalizatorów, dzięki którym można było łączyć lub rozdzielać molekuły. Proces katalizy zaczęto wykorzystywać tak powszechnie, że obecnie około 35% światowego PKB w jakiś sposób jest z nim związane. Jednak przed rokiem 2000 wszystkie znane katalizatory były albo metalami albo enzymami. Metale są świetnymi katalizatorami, ale mają poważną wadę – są bardzo wrażliwe na działanie tlenu i wody. Zatem do pracy często potrzebują beztlenowego suchego środowiska, a jego uzyskanie w wielkoskalowych procesach przemysłowych jest bardzo trudne. Ponadto wiele świetnych katalizatorów to szkodliwe dla środowiska i człowieka metale ciężkie.

Drugim z rodzajów katalizatorów są enzymy. Jako, że są niezwykle wydajne, w latach 90. ubiegłego wieku prowadzono intensywne prace nad stworzeniem nowych enzymów do katalizy. Prace takie trwały też w Scripps Research Institute, w którym pracował Benjamin List.

Naukowiec obserwując sposób działania enzymów zwrócił uwagę na fakt, że mimo iż często zawierają one metale, to wiele enzymów katalizuje procesy chemiczne bez pomocy metali. Wykorzystują jedynie aminokwasy. List zaczął więc się zastanawiać, czy aminokwasy te muszą być częścią enzymów, by prowadzić katalizę czy też mogą działać samodzielnie lub będąc częścią jakiejś prostszej cząstki.

Naukowiec wiedział, że latach 70. prowadzono prace nad wykorzystaniem aminokwasu o nazwie prolina w procesie katalizy, ale je zarzucono. List przypuszczał, że stało się tak, gdyż pomysł nie wypalił. Mimo to, postanowił spróbować. Przeprowadził test, by sprawdzić, czy prolina może być katalizatorem reakcji aldolowej, w której atomy węgla z dwóch różnych molekuł łączą się ze sobą. Ku jego zdumieniu aminokwas świetnie się w tej roli sprawdził. W trakcie kolejnych eksperymentów List wykazał, że prolina nie tylko jest wydajnym katalizatorem, ale również może być wykorzystana w katalizie asymetrycznej, w trakcie której znacznie częściej powstaje tylko jedno z dwóch odbić lustrzanych molekuły. W porównaniu z metalami i enzymami prolina ma wiele zalet. Jest prostą, tanią i przyjazną środowisku molekułą. Naukowiec przygotował artykuł, który zaakceptowano do publikacji. Miał się on ukazać w lutym 2000 roku.

Jednak List nie był jedynym, który w tym czasie pracował nad takim rozwiązaniem.

David MacMillan pracował na Uniwersytecie Harvarda z metalami w roli katalizatorów. O ile w laboratorium łatwo jest o dobre warunki do pracy takich katalizatorów, to w przemyśle jest to bardzo trudne. Dlatego gdy przeniósł się z Harvarda na Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley zarzucił prace nad metalami i zaczął projektować proste molekuły organiczne, które – podobnie jak metale – miały uwalniać lub więzić elektrony. Wybrał kilka molekuł i testował je w roli katalizatorów reakcji Dielsa-Aldera, której produktem jest węglowodór cykliczny.

Okazało się, że wykorzystane molekuły bardzo dobrze się sprawują, a niektóre z nich świetnie sobie radzą w reakcjach asymetrycznych. W wyniku ich pracy w ponad 90% przypadków powstawała tylko jedna z dwóch wersji poszukiwanej cząsteczki. W styczniu 2000 roku, na miesiąc przed ukazaniem się artykułu z wynikami pracy Lista, uczony przesłał do czasopisma naukowego swój własny artykuł. Nazwał w nim zaobserwowane przez siebie zjawisko katalizą organiczną.

Od 2000 roku prace nad katalizą organiczną ruszyły z kopyta. W procesie tym nie tylko wykorzystuje się proste łatwe do uzyskania molekuły, ale w niektórych przypadkach cząsteczki te, podobnie jak enzymy, potrafią działać w systemie „pracy ciągłej”. Wcześniej konieczne było po każdym etapie procesu chemicznego wyizolowanie i oczyszczenie produktu przejściowego, w przeciwnym razie na końcu całego procesu uzyskiwano zbyt dużo produktu ubocznego. Dzięki katalizie organicznej często można przeprowadzić wiele kroków procesu produkcyjnego jednym ciągiem. Dzięki takiej reakcji kaskadowej znacząco zmniejsza się liczba odpadów w przemyśle chemicznym.

Przykładem, jak bardzo wynalazek Lista i MacMillana zrewolucjonizował produkcję chemiczną niech będzie strychnina. Gdy w 1952 roku została po raz pierwszy zsyntetyzowana, konieczne było użycie 29 różnych reakcji chemicznych, jedynie 0,00009% oryginalnego materiału utworzyło strychninę. Reszta się zmarnowała. W 2011 roku dzięki katalizie organicznej produkcję strychniny uproszczono do 12 kroków, a sam proces był 7000 razy bardziej wydajny.

Benjamin List urodził się w 1968 roku we Frankfurcie nad Menem w Niemczech. prace doktorską obronił na Uniwersytecie Goethego. Obecnie jest profesorem na Uniwersytecie w Kolonii i dyrektorem Instytutu Badań nad Węglem im. Maxa Plancka. Jest też głównym badacze w Instytucie Projektowania Reakcji Chemicznych na Hokkaido University.

David MacMillan urodził się w 1968 roku w Bellshill w Szkocji. W wieku 22 lat wyjechał do USA by rozpocząć studia doktoranckie na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine. Później pracował na Uniwersytecie Harvarda i Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Obecnie jest pracownikiem Princeton University. Był też założycielem i pierwszym dyrektorem pisma Chemical Science, wydawanego przez brytyjskie Royal Society of Chemistry.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Bo ja wiem, czy rzeczywiście nikt wcześniej na to nie wpadł? Może po prostu inny prowadzili takie badania na mniejszą skalę.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W czasie trwającej pandemii, kiedy duża część biznesów stacjonarnych z konieczności przeniosła swoje oferty do sieci, agencje marketingu internetowego mają pełne ręce roboty. Podmiotów do wypromowania i umieszczenia w top 10 wyników Google jest coraz więcej, nic dziwnego więc, że specjaliści opracowują nowe metody i strategie na zdobywanie upragnionych przez klientów pozycji. Poniżej omówimy dwa trendy, które na pewno przyczynią się do osiągnięcia wyższej lokaty w wynikach wyszukiwarki.
      Zoptymalizuj swoją stronę pod wyszukiwanie głosowe!
      Ponieważ wyszukiwanie głosowe (voice search) jest trendem, który tylko umacnia się z każdym rokiem, warto przyjrzeć się mu nieco bliżej. Z danych dostarczanych przez wyszukiwarkę wywnioskować można, że niemal połowa wszystkich użytkowników sieci chętnie korzysta z tego udogodnienia. Zwłaszcza nastolatkowie i młodzi ludzie często pozostają w stałej komunikacji z asystentem Google, appleowską Siri lub też Alexą firmy Amazon.
      Rozsądek zatem podpowiada, że najskuteczniejsze pozycjonowanie stron powinno odpowiadać na skomplikowaną naturę zapytań głosowych, są one bowiem nie tylko dłuższe niż te które zazwyczaj kierujemy do Google, ale i też często pełne mowy potocznej i kolokwializmów. Specjaliści SEO z najlepszych agencji, takich jak AFTERWEB, od dłuższego czasu już na etapie doboru słów kluczowych uwzględniają ten zyskujący na popularności trend. Dzięki temu klienci mogą liczyć na stały napływ internautów na strony, który w prostej linii przekłada się na dochody z prowadzonej sprzedaży.
      Mobile first, czyli przestaw się na smartfony
      Nie jest tajemnicą, że Google już wiele lat temu postawiło na dostosowanie internetu do wygodnego przeglądania na urządzeniach przenośnych. Zasadę mobile first jako nowy kierunek możemy zatem śmiało rozpatrywać co roku, szczególnie że wciąż nie każdy serwis, portal i sklep e-commerce dysponują w pełni funkcjonalnym i responsywnym szablonem strony. Tymczasem firma z Moutain View już w marcu 2021 roku przeszła całkowicie na indeksowanie mobilne (wcześniej naturalnie dzieląc się z deweloperami listą metod i zasad odnośnie do nowego porządku).
      Pamiętajmy więc, że także na polu doświadczenia użytkownika (UX) strona wraz z nawigacją i głównymi funkcjonalnościami musi być dziś łatwa i intuicyjna w obsłudze – najlepiej jednak zaprojektowanie klarownego szablonu zostawić specjalistom, którzy z podobnymi wyzwaniami mierzą się każdego dnia. Znajdziesz ich przede wszystkim w doświadczonych agencjach SEM – nie czekaj i już dziś dostosuj się do wymagań cyfrowego rynku!

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rozgwieżdżone niebo od stuleci intryguje i fascynuje. Nie sposób nie rozważać jakie tajemnice skrywają te bliskie, lecz jeszcze niezbadane, jak i odległe zakątki kosmosu. Gwiazdy rodzą się z gazu i pyłu, rozproszonego tak bardzo, że mijają dni, a nawet tygodnie zanim poszczególne atomy lub cząsteczki zderzą się ze sobą. Ze względu na ogromne rozrzedzenie gazu, obecność promieniowania i niskie temperatury panujące w przestrzeniach międzygwiazdowych, znajdujące się tam związki chemiczne mogą być inne od tych, które są nam dobrze znane na Ziemi. Najnowsze badania naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk dotyczą nietypowych, wręcz egzotycznych molekuł, które zdają się być ciekawe z punktu widzenia astrochemii i być może uda się je kiedyś uchwycić w kosmosie.
      Przestrzenie międzygwiazdowe
      Przestrzeń pomiędzy gwiazdami nie jest pusta. Znajdujemy tam głównie (ale nie tylko!) wodór, hel i kosmiczny pył. Muszą minąć miliony lat zanim obłoki tej materii przekształcą się w zarodek gwiazdy i zaświecą przynajmniej tak jasno jak nasze rodzime Słońce. Chemii zachodzącej w obłokach międzygwiazdowych sprzyja promieniowanie, a czasem także wybuchy pobliskich, ginących gwiazd, a są to warunki na tyle drastyczne, że próżno je symulować w laboratorium. To jednak nie przeszkadza w poszukiwaniu związków chemicznych, które samoistnie nie powstałyby na Ziemi, lecz być może kiedyś zostaną odkryte w Kosmosie.
      Chemiczna różnorodność w kosmosie
      Nasz punkt obserwacyjny to tylko niewielka planeta w morzu galaktyk. Do dziś nie do końca rozgryźliśmy reaktywność atomów i cząsteczek w ekstremalnych warunkach. Od kilku dekad Jowisz i Saturn przykuwają uwagę ze względu na odkrycie w ich atmosferze analogu amoniaku zawierającego fosfor – fosfiny, a w roku 2020 do grona równie intrygujących posiadaczy tej cząsteczki przypuszczalnie dołączyła także Wenus. Dlaczego tak wielkie znaczenie ma poszukiwanie związków fosforu w kosmosie? Bez niego nie byłoby DNA i RNA, procesów enzymatycznych, czy hydroksyapatytu będącego naturalnym budulcem naszych kości. Choć w biomasie pierwiastek ten jest szósty pod względem występowania, a w skorupie ziemskiej dwunasty, to w obłokach międzygwiazdowych jest go nawet miliard razy mniej. O związkach fosforu w przestrzeni międzygwiazdowej wiemy ciągle niewiele; wykryto dotychczas jedynie niewielkie molekuły posiadające do czterech atomów, tj. PN, CP, PO, HCP, CCP, PH3 i NCCP. Większość z nich jest nietrwała w standardowych warunkach laboratoryjnych.
      Podążając śladami chemii fosforu, profesor Robert Kołos, członkowie jego zespołu dr Arun-Libertsen Lawzer i dr Thomas Custer oraz współpracujący z nimi profesor Jean-Claude Guillemin z Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (Francja) zaprezentowali w grudniowym numerze periodyku Angewandte Chemie wydajną syntezę cząsteczki HCCP, indukowaną światłem ultrafioletowym i prowadzoną w warunkach kriogenicznych.
      Cząsteczkę odpowiedniego prekursora  – tutaj jest to fosfapropyn, CH3CP – naświetlamy ultrafioletem, stopniowo odzierając ją z atomów wodoru. Tak powstaje HCCP, czteroatomowy dziwoląg. Sztuczka polega na wykorzystaniu zamarzniętego gazu szlachetnego jako środowiska reakcji – mówi dr Lawzer.
      Dotychczas identyfikacja cząsteczki HCCP była możliwa wyłącznie w zakresie mikrofalowym, a teraz poszerzono wiedzę na jej temat podając długości fal z zakresu podczerwonego i ultrafioletowego.
      Profesor Kołos komentuje: Niektórzy mogą ze szkoły pamiętać, że fosfor jest w związkach chemicznych trój- lub pięciowartościowy. Otóż w HCCP jest on jednowartościowy – realizując pojedyncze wiązanie do sąsiadującego węgla. To bardzo niezwykłe.
      Niezależnie od produktu końcowego - HCCP, naukowcy zaobserwowali nie mniej ważny produkt pośredni, potwierdzając istnienie cząsteczki fosfaallenu, CH2=C=PH. Nigdy dotąd nie była ona uzyskana w warunkach laboratoryjnych, a jedynie teoria wskazywała na możliwości jej tworzenia.
      Wśród cząsteczek astrochemicznej menażerii, również najważniejszych, są takie, których typowy chemik raczej za „prawdziwe” by nie uznał – widząc w nich jedynie molekularne fragmenty lub nietrwałe osobliwości – przyznaje prof. Kołos.
      Uchwycenie cząsteczki CH2=C=PH i poznanie jej spektroskopii jest istotne, gdyż, niezależnie od kontekstu astrochemicznego, poszerza ogólną wiedzę o chemii związków fosforoorganicznych.
      Czy kiedyś odnajdziemy HCCP lub CH2=C=PH w kosmosie? Obłoki międzygwiazdowe to rezerwuar materii bez wątpienia kryjący jeszcze liczne związki fosforu. Niektóre z nich zapewne zostaną niebawem odkryte, a na inne przyjdzie nam dłużej poczekać.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Spełnienia marzeń. I oby rok 2021 był dla każdego z nas lepszy niż rok mijający.
      Ania, Jacek i Mariusz

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Tegoroczne Nagrody Nobla z dziedziny fizyki zostały przyznane za wkład w zrozumienie ewolucji wszechświata i miejsca Ziemi w kosmosie. Otrzymali je James Peebles za teoretyczne odkrycia w dziedzinie kosmologii fizycznej oraz Michel Mayor i Didier Queloz za odkrycie egzoplanety krążącej wokół gwiazdy typu Słońca.
      James Peebles to Kanadyjczyk pracujący obecnie na Princeton University. Michel Mayor jest Szwajcarem, pracuje na Uniwersytecie w Genewie. Podobnie zresztą jak Didier Queloz, który dodatkowo zatrudniony jest na Cambridge University.
      Profesor Peebles, odpowiadając podczas konferencji prasowej na pytanie o możliwość istnienia życia na innych planetach, stwierdził: Ironią jest, że możemy być pewni, że istnieje wiele planet zdolnych do podtrzymania życia [...], ironią jest, że mamy wizję życia na innych planetach, ale możemy być pewni, że nigdy nie zobaczymy tych form życia, tych planet. To pokazuje, jak wielkie są możliwości i jak wielkie są ograniczenia nauki, powiedział noblista.
      Niestety, wbrew naszym oczekiwaniom, tegorocznym laureatem nie został profesor Artur Ekert, o którego szansach na nagrodę informowaliśmy wczoraj.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jutro w Sztokholmie zostanie ogłoszony laureat tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki. Wśród kandydatów do tego wyróżnienia znajduje się Polak, profesor Artur Ekert z Uniwersytetu Oksfordzkiego.
      Jak poinformowała szwedzka agencja informacyjna TT, powołując się na rankingi cytowań amerykańskiej firmy Clarivate Analytics, Ekert miałby być branym pod uwagę ze względu na dużą liczbę cytowań jego prac. Ponadto przemawiają za nim jego badania nad technologiami informatycznymi, w tym nad kryptografią kwantową.
      Artur Ekert urodził się 1961 roku we Wrocławiu. Studiował fizykę na Uniwersytecie Jagiellońskim i Uniwersytecie Oksfordzim. W latach 1987-1991 był doktorantem na Oksfordzie, gdzie studiował pod kierunkiem wybitnego fizyka Davida Deutscha, twórcy pierwszego kwantowego algorytmu obliczeniowego. W swojej pracy doktorskiej Ekert pokazał, jak można wykorzystać splątanie kwantowe do zabezpieczenia informacji.
      Po ukończeniu studiów doktoranckich Ekert został na Uniwersytecie Oksfordzkim, gdzie był założycielem grupy naukowej, która z czasem przekształciła się w Centre for Quantum Computation. Jest profesorem fizyki na Uniwersytecie Oksfordzkim oraz profesorem honorowym na Narodowym Uniwersytecie Singapurskim. Jest laureatem Medalu Maxwella przyznawanego przez Institute of Physics, Medalu Hughesa przyznawanego przez Royal Society oraz Nagrody Kartezjusza Unii Europejskiej.
      Uczony specjalizuje się w przetwarzaniu informacji w systemach kwantowo-mechanicznych.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...