นักวิจัยสองคนได้สร้างเครื่องมือที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพสำหรับการสร้างโมเลกุล
โดย Margo MILANOWSKI | เผยแพร่ 6 ต.ค. 2564 08:52 น.
ศาสตร์
นักวิทยาศาสตร์คู่หนึ่ง—David MacMillan และ Benjamin List—ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปีนี้สำหรับการพัฒนาเครื่องมือในการสร้างโมเลกุลอย่างมีประสิทธิภาพ ป่วย Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach
รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2021 ได้รับรางวัลร่วมกันระหว่าง Benjamin List และ David MacMillan สำหรับการค้นพบออร์กาโนคาตาไลซิสแบบอสมมาตร ซึ่งเป็นเครื่องมือประเภทหนึ่งสำหรับการสร้างโมเลกุลโดยอิสระ เครื่องมือนี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งเพิ่มความเร็วของปฏิกิริยาเคมี นับตั้งแต่การค้นพบนี้ในปี 2543 นักวิจัยสามารถใช้กระบวนการนี้เพื่อสร้างโมเลกุลอย่างมีประสิทธิภาพสำหรับสิ่งต่างๆ มากมาย
ตั้งแต่เภสัชภัณฑ์ไปจนถึงโมเลกุลที่ดักจับแสง
พลังงานคาร์บอนต่ำช่วยลดความเหลื่อมล้ำทางเชื้อชาติในละแวกใกล้เคียงที่มีมลพิษทางอากาศ
ทุกสิ่งในโลกของเราประกอบขึ้นจากโมเลกุล ตั้งแต่วัสดุรอบตัวเราไปจนถึงตัวมนุษย์เอง ทั้งหมดนี้โดยการเชื่อมโยงอะตอมเข้าด้วยกันในรูปแบบที่จำเพาะเจาะจง ปฏิกิริยาที่เชื่อมต่ออะตอมเหล่านี้เข้าด้วยกันเพื่อสร้างโมเลกุลมักเป็นกระบวนการที่ช้า และต้องการความช่วยเหลือเพื่อเร่งความเร็ว ก่อนปี 2000 มีเพียงสองตัวเร่งปฏิกิริยาที่รู้จักสำหรับปฏิกิริยาเร่ง: โลหะและเอนไซม์ List และ MacMillan ค้นพบรูปแบบที่สามอย่างอิสระ: ออร์กาโนคาตาไลซิสแบบอสมมาตร ประเภทนี้ไม่เพียงแต่รวดเร็ว แต่ยังคุ้มค่า มีประสิทธิภาพ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอีกด้วย List ปัจจุบันเป็นนักวิจัยที่ Max-Planck Coal Institute ในประเทศเยอรมนี และ MacMillan เป็นศาสตราจารย์ด้านเคมีที่ Princeton University
ในปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ โมเลกุลขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นจากกรดอะมิโนแต่ละตัวจะขับปฏิกิริยา ซึ่งมักใช้โลหะช่วย เอนไซม์หลายชนิดไม่จำเป็นต้องใช้โลหะ และสามารถบังคับปฏิกิริยาได้ด้วยตัวเอง ในการวิจัยของเขา List ถามคำถามที่นำไปสู่การค้นพบของเขา: กรดอะมิโนตัวเดียวสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาได้หรือไม่?
[เกี่ยวข้อง: รางวัลโนเบลมอบให้กับนักวิจัยที่แยกวิเคราะห์ว่าเรารู้สึกอุณหภูมิและสัมผัสอย่างไร]
เขาทดสอบความคิดของเขาด้วยกรดอะมิโน
ที่เรียกว่าโพรลีน มันได้ผล; กรดอะมิโนเชื่อมอะตอมของคาร์บอนสองอะตอมจากโมเลกุลที่แตกต่างกัน เรียกว่าปฏิกิริยาอัลดอล เขาตีพิมพ์การค้นพบของเขาในเดือนกุมภาพันธ์ปี 2000
การวิจัยของ MacMillan มุ่งเน้นไปที่การเร่งปฏิกิริยาแบบอสมมาตร โมเลกุลก็เหมือนมือมนุษย์ บางครั้งก็มีตัวตนเป็นภาพสะท้อนของกันและกัน พวกมันเป็นโมเลกุลเดียวกัน แต่กลับด้าน และร่างกายสามารถบอกความแตกต่างได้ ตัวอย่างเช่น ภาพสะท้อนในกระจกของโมเลกุลของลิโมนีน ซึ่งเป็นสารประกอบของเหลวที่พบในน้ำมันของเปลือกส้มนั้นมีกลิ่นที่แตกต่างจากโมเลกุลดั้งเดิม และตรวจพบได้ง่ายเนื่องจากมีกลิ่นส้มมากกว่ามะนาว การมีภาพสะท้อนที่ถูกต้องของแต่ละโมเลกุลนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง ไม่เพียงแต่ในการระบุชนิดของผลไม้ตระกูลส้มที่ถูกต้อง แต่ยังรวมถึงการสร้างโมเลกุลของสิ่งต่างๆ เช่น ยารักษาโรค เนื่องจากร่างกายจะตอบสนองอย่างถูกต้องต่อการทำซ้ำของโมเลกุลที่ถูกต้องเท่านั้น
MacMillan พยายามสร้างโมเลกุลอินทรีย์
ที่สามารถตอบสนองวัตถุประสงค์เดียวกับโลหะได้ โดยให้อิเล็กตรอนในปฏิกิริยาเพื่อสร้างภาพสะท้อนในกระจกที่ต้องการของโมเลกุลสุดท้าย เขาทดสอบโมเลกุลอินทรีย์สองสามตัวด้วยคุณสมบัติที่ถูกต้อง โดยพยายามดูว่าพวกมันสามารถทำปฏิกิริยาที่เหมาะสม (ปฏิกิริยาของ Diels–Alder) เพื่อสร้างวงแหวนคาร์บอนได้หรือไม่ วิธีสร้างภาพสะท้อนในกระจกของโมเลกุลที่ต้องการ 90 เปอร์เซ็นต์ของเวลาทั้งหมด ในการตีพิมพ์ผลงานของเขา Macmillan ได้สร้างคำว่า organocatalysis ที่ไม่สมมาตรและติดอยู่
[ที่เกี่ยวข้อง: โนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปีนี้ให้เกียรติงานเกี่ยวกับระบบที่ซับซ้อนซึ่งอยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ]
ในเดือนตุลาคมของทุกปี รางวัลโนเบลจะมอบให้แก่นักวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในสาขาการแพทย์หรือสรีรวิทยา ฟิสิกส์ และเคมี รางวัลเคมีปีที่แล้วมอบให้กับ Emmanuelle Charpentier และ Jennifer A. Doudna สำหรับการค้นพบ CRISPR ซึ่งเป็นวิธีการใหม่ในการแก้ไขจีโนม
