Record (hyperlinks) en MacMillan (rechts) zijn winnaars van de Nobelprijs voor Scheikunde 2021. Nobelprijs.org, CC BY-SA
Benjamin Checklist en David MacMillan, respectievelijk gevestigd in Duitsland en de VS, zullen de 10 miljoen Zweedse kronen (£ 870.000) Nobelprijs voor scheikunde 2021 delen voor hun ontwikkeling van “organokatalyse” – een nauwkeurig hulpmiddel voor het construeren van moleculen dat farmaceutisch onderzoek en chemie groener en goedkoper gemaakt.
Hun onderzoek gaat terug tot 2000, toen de chemici onafhankelijk van elkaar de eerste stappen ontwikkelden van wat tegenwoordig “asymmetrische organokatalyse” wordt genoemd, de activering van chemische reacties door kleine organische moleculen.
Veel technologieën en onderzoeksgebieden zijn afhankelijk van moleculen die in chemische reacties moeten worden gecreëerd. Deze kunnen helaas erg traag zijn, daarom gebruiken scheikundigen vaak katalysatoren – materialen die chemische reacties versnellen. Vóór het werk van List en MacMillan waren er slechts twee soorten katalysatoren beschikbaar: metalen of enzymen. Naar mijn mening was de belangrijkste prestatie van het duo het ontdekken van iets dat niemand voor mogelijk hield: dat kleine organische moleculen zoals aminozuren ook als katalysator konden werken.
Enorme voordelen
Deze ontdekking stelde het paar in staat om “asymmetrische reacties” te creëren. Bij chemische reacties worden veel moleculen geproduceerd in twee versies die spiegelbeelden van elkaar zijn (een eigenschap die chiraliteit wordt genoemd). Dat is vervelend als je er maar één van wilt, wat vaak het geval is in de farmaceutische industrie.
In feite is dit wat er mis ging met het medicijn thalidomide, dat in de jaren zestig werd ontwikkeld om ochtendmisselijkheid bij zwangere vrouwen te verminderen, maar uiteindelijk leidde tot misvormingen van de foetus. Het medicijn was een gelijk mengsel van beide soorten moleculen, maar het bleek dat hoewel één ervan effectief was, zijn spiegelbeeld-tegenhanger giftig was. Het mooie van organokatalyse is dat je een specifiek molecuul kunt produceren zonder zijn spiegelneef.
Thalidomide tabletten.
Stephencdickson/wikipedia, CC BY-SA
De mogelijkheid om het gebruik van metalen als katalysator bij chemische reacties te vermijden, heeft het voor farmaceutische bedrijven ook gemakkelijker gemaakt om verbindingen te zuiveren. Dit is een belangrijke laatste stap in de productie van geneesmiddelen en omvat de verwijdering van gevaarlijke chemicaliën, waaronder bepaalde metaalkatalysatoren.
Een andere grote verbetering van organokatalyse 10 opzichte van andere soorten katalyse is dat het eenvoudig uit te voeren is: je kunt het onder eenvoudige omstandigheden bij kamertemperatuur doen. Het is ook gemakkelijker om de uitkomsten betrouwbaar te voorspellen en te controleren dan bij andere soorten katalyse.
Bovendien kunnen metaalkatalysatoren zoals palladium of rhodium duur zijn. Een buitengewoon mooi voorbeeld van een goedkoper alternatief is proline, een eenvoudig aminozuur dat vaak als organokatalysator wordt gebruikt en dat zo efficiënt is dat het bepaalde dure en complexe metaalkatalysatoren volledig heeft vervangen.
Organokatalyse is niet alleen een goedkoper alternatief, het is ook milieuvriendelijker en bevat doorgaans veelvoorkomende en overvloedige elementen zoals zuurstof, stikstof, zwavel of fosfor in plaats van irdium of palladium.
Het soort reactie dat de onderzoekers bedachten. Als je hyperlinks keton en aldehyde neemt en een prolinekatalysator toevoegt (in het midden boven de pijl), ontstaat de aldol (rechts is dat aldehyde en alcohol).
Auteur verstrekt
Listing en MacMillan worden al snel de leiders van deze baanbrekende nieuwe chemie, ontwikkelen steeds meer reacties en katalysatoren en bedenken nieuwe manieren om het veld uit te breiden. Een van de belangrijkste aspecten van dit werk was hoe gemakkelijk het de houding veranderde van zoveel organische chemici, die hun aandacht op organokatalyse richtten en het omarmden. Dit betekende dat chemici in veel verschillende onderzoeksgebieden complexe moleculen konden synthetiseren, waardoor het veld exponentieel groeide.
Ik experienced de ongelooflijke eer om satisfied Record te werken aan het Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim, Duitsland aan het get started van dit nieuwe veld (2004-06), terwijl ik een postdoctoraal onderzoeker was. Ik zag fulfilled eigen ogen hoe dramatisch het vakgebied groeide en erg populair werd onder chemici over de hele wereld. Ik zag ook hoe Checklist een visie experienced die hem onderscheidde van andere chemici: hij geloofde echt in zijn werk en hij verlegde de grenzen van de katalyse – en veranderde het fundamenteel voor altijd.
Ik kan Listing en MacMillan alleen maar feliciteren achieved hun welverdiende onderscheiding – ze hebben de carrière van zoveel chemici geïnspireerd, waaronder ik.
Ramon Rios werkt niet voor, raadpleegt, bezit geen aandelen in of ontvangt geen financiering van een bedrijf of organisatie die baat zou hebben bij dit artikel, en heeft geen relevante voorkeuren bekendgemaakt buiten hun academische aanstelling.