توضیح: چرا ارگانوکاتالیز نامتقارن جایزه نوبل شیمی را گرفته است؟ | پژوهش

اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در reddit
اشتراک گذاری در email
امتیاز دهید

*****توجه : ممکن است در ترجمه مشکلاتی وجود داشته باشد *****

در اقدامی غیرمنتظره از سوی کمیته نوبل ، جایزه امسال شیمی به دو شیمی دان ارگانیک که بیش از دو دهه پیش ارگانوکاتالیز نامتقارن را توسعه داده بودند اهدا شد: بنیامین لیست از م Maxسسه Max-Planck für Kohlenforschung ، آلمان و دیوید مک میلان. از دانشگاه پرینستون ، ایالات متحده کار آنها نشان داده است که مولکولهای آلی کوچک ساده می توانند آنزیمها و مجتمع های فلزی را در بازی خود – و کاتالیزور واکنشها برای ساختن مولکولهای کایرال – مطابقت داده و ضرب کنند.

مک میلان و ال پرولین گیف چرخان سه بعدی را با هم ترکیب کردند

چرا برنده شد؟

طبق برآورد سال 2015 ، کاتالیز 35 درصد از تولید ناخالص داخلی جهان را تشکیل می دهد. درک و استفاده ما از شیمی را کاتالیزورها عمیقا تغییر داده اند ، که در این واقعیت منعکس می شود که هفت جایزه نوبل شیمی به اکتشافات در این زمینه اختصاص یافته است. اولین مورد مربوط به ویلهلم استوالد در سال 1909 بود ، او دلیل اینکه چگونه کاتالیزور سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می دهد اما خود بدون تغییر از واکنش بیرون می آید ، منطقی دانست. اخیراً ، در سال 2010 ، ریچارد هک ، اییچی نگیشی و آکیرا سوزوکی به دلیل کشف کوپل های متقاطع کاتالیزور پالادیوم مورد تقدیر قرار گرفتند.

نمونه های کاتالیزور مک میلان و لیست

در کاتالیز ، تأکید بر نه تنها سریعتر شدن واکنشها ، بلکه انجام واکنشهای نامتقارن یا انتخابی – آنهایی که تنها یک تصویر آینه (انانتیومر) از مولکولهای دست تولید می کنند ، نیز تأکید می شود. از آنجا که برخی مولکولهای بیولوژیکی – آمینو اسیدها و قندها – تنها به عنوان انانتیومرهای منفرد وجود دارند ، بدن ما توانایی ذاتی برای تشخیص بین انانتیومرها دارد. این بدان معناست که یک مولکول بسته به دست بودنش می تواند بوی پرتقال یا لیمو را احساس کند و اغلب تنها یک انانتیومر از یک مولکول دارو اثر مفید دارد ، در حالی که دیگری هیچ کاری نمی کند یا حتی می تواند مضر باشد.

تا آغاز قرن 21 ، اکثر کاتالیزورهای انتخابی آنزیم یا ترکیبات فلزی بودند. آنزیم ها معمولاً در آزمایشگاه ساخته نمی شوند ، اما باید از منابع بیولوژیکی جدا شوند. و در حالی که آنها در بدن بسیار خوب عمل می کنند ، اما در شرایط شیمی مصنوعی ، زیرا توسط گرما و حلال ها غیرفعال می شوند ، عملکرد خوبی ندارند.

مجروحیت یکی از نیروهای طرح امنیتی نفت و گاز مارون  - دکاموند شیمی

از طرف دیگر فلزات انتقالی کاتالیزورهای بسیار خوبی هستند. اما ماهیت آنها می تواند آنها را مشکل ساز کند. برخی از فلزات برای مردم یا محیط زیست سمی هستند ، بنابراین معمولاً باید از هرگونه ترکیبات آلی که با آنها ساخته شده است ، حذف شوند. و برخی از فلزات انتقالی آنقدر واکنشی هستند که برای کار باید از رطوبت یا هوا دور نگه داشته شوند ، که استفاده از آنها را در مقیاس بزرگ دشوار و پرهزینه می کند.

برندگان امسال نشان دادند که حتی ترکیب کوچک و ساده کایرال می تواند واکنش های پیچیده را کاتالیز کند – درست مانند ، یا در برخی موارد حتی بهتر از آنزیم ها یا فلزات. کاتالیزورهای ارگانیک اغلب ارزان و آسان تولید می شوند و می توانند مسیرهای مصنوعی را سبزتر کنند.

پرنیلا ویتونگ-اشتافشده ، عضو کمیته نوبل گفت: ارگانوکاتالیز نامتقارن یک ابزار ظریف است که “ساده تر از آنچه می توان تصور کرد” است. او توضیح داد که کشف آن به شیمی دانان اجازه می دهد تا به روش جدید و متفاوتی برای ترکیب مولکول ها فکر کنند.

در حالی که کاتالیزورهای ارگانیک به طور گسترده ای در تحقیقات و اکتشافات مورد استفاده قرار می گیرند ، هنوز راه خود را در زمینه تولید گسترده پیدا نکرده اند – گرچه این بدان معنا نیست که آنها ظرفیت لازم را ندارند. به عنوان مثال ، مسیر مصنوعی صنعتی به اسلتامیویر ضد ویروسی دارای 12 مرحله است ، در حالی که یک مسیر ارگانوکاتالیستی جایگزین تنها پنج مرحله دارد.

برنده ها چه کردند؟

لیست و مک میلان با استفاده از مولکولهای آلی کوچک برای ایجاد واکنشهای نامتقارن در آغاز قرن 21 ، زمانی را آغاز کردند که زمانی کاتالیز آنزیمی و فلزی همه شیمی دانان بودند. در حالی که چند نمونه اولیه از تجزیه غیر متقارن ارگانیک وجود داشت ، به ویژه واکنش هاجوس – پریش – ادر – ساویر – ویچرت که در دهه 1970 کشف شد ، این ایده چندان مورد توجه قرار نگرفت – احتمالاً به این دلیل که مکانیسم در آن زمان اسرارآمیز بود.

تصویری که توضیحات مربوط به پرولین را نشان می دهد

لیست پس از طراحی مجدد آنتی بادی ها برای انجام کاتالیز شیمیایی ، تصمیم گرفت تا تلاش کند و دریابد که چه اتفاقی می افتد وقتی که بیوکاتالیست ها به اساسی ترین شکل شیمیایی خود تبدیل می شوند. آنزیم آلدولاز A واکنش آلدول را انجام می دهد – ترکیب دو ترکیب کربونیل برای ایجاد پیوند جدید کربن – کربن – در بدن. اما در واقع فقط سه آمینو اسید مسئول فعالیت کاتالیزوری آن هستند. در سال 2000 ، لیست و تیمش دریافتند که یکی از آنها – پرولین – می تواند به تنهایی واکنشهای آلدول نامتقارن را با نسبتهای انانتیومری تا 98: 2 کاتالیز کند.

روش تولید گرانول کربنات کلسیم

مک میلان همزمان با لیست- هرچند هیچکس از کار دیگری مطلع نبود- می خواست کاتالیزوری برای واکنش دیلس- آلدر ایجاد کند ، که می تواند بر معایب کاتالیزورهای فلزی بسیار حساس به هوا و رطوبت غلبه کند. تیم او دریافت که یک فنیل آلانین اصلاح شده می تواند واکنشهای نامتقارن بین آلفائیدهای α ، β- اشباع نشده و دینها با نسبتهای انانتیومری تا 98: 2 را کاتالیز کند.

وقتی لیست آزمایش های اولیه خود را انجام داد ، او فکر کرد “شاید این یک ایده احمقانه باشد یا کسی قبلاً آن را امتحان کرده است” ، او در تماس تلفنی با کمیته نوبل به یاد آورد. وقتی دیدم کار می کند ، احساس کردم می تواند چیز بزرگی باشد. “

چگونه کار می کند؟

کاتالیستهای ارگانیک به مولکولهای واکنش دهنده متصل می شوند و واسطه های کوتاه مدت را تشکیل می دهند که به تنهایی نسبت به مولکولهای بستر واکنش پذیرتر هستند. کاتالیزور که کایرال است ، دست خود را به بستر منتقل می کند و کنترل می کند که کدام طرف واسطه می تواند واکنش بیشتری نشان دهد.

تصویری که ارگانوکاتالیست مک میلان را نشان می دهد

در کار 2000 خود ، لیست و تیمش پرولین را به عنوان میکرو آلدولاز توصیف کردند ، یک آنزیم شبیه ساز که یک مرکز هسته دوست (گروه آمینو) و یک کاتالیزور اسید و پایه (گروه کربوکسیلیک اسید) را ترکیب می کند. در واکنش آلدول ، پرولین به کتون متصل می شود و یک واسطه انامین ایجاد می کند که نسبت به خود کتون واکنش پذیرتر است ، زیرا بالاترین اشغال مداری مولکولی (HOMO) از نظر انرژی بیشتر است. دستیابی به پرولین باعث واکنش نامتقارن می شود و تنها به آلدئید اجازه می دهد در یک موقعیت نزدیک شود.

در مقابل ، مشتق فنیل آلانین از کار مک میلان با آلدهید اشباع نشده واکنش نشان می دهد و یک یون ایمینیوم تشکیل می دهد ، که کمترین انرژی مداری مولکولی اشغال نشده کمتر از آلدئید است – دوباره آن را واکنشی تر می کند. همانطور که در مورد کاتالیز enamine لیست ، کاتالیزور خود را با یک پیوند کووالانسی برگشت پذیر به بستر متصل می کند ، که به آن اجازه می دهد کایرالیته خود را روی معرفها منتقل کند.

الکتروکاتالیز جایگزین سبز برای تصفیه اتیلن ارائه می دهد پژوهش

چرا زودتر توسعه نیافت؟

ارگانوکاتالیست های عصبی قرن ها وجود داشته اند ، نمونه اولیه آن Justus Liebig است که در سال 1860 گزارش داد که استالدهید هیدرولیز سیانوژن را کاتالیز می کند. در طول قرن بیستم ، برخی گزارش ها مبنی بر عملکرد مولکول های آلی به عنوان کاتالیزورهای نامتقارن (با موفقیت های متفاوت) گزارش شد. اما آنها نمونه های جداگانه و کنجکاو بودند. هیچ کس به فکر توسعه یک روش جامع یا درک نحوه عملکرد آنها نبود.

پیتر سامفایی ، عضو کمیته جایزه نوبل می گوید ، گاهی اوقات ، بدیهی ترین پاسخ ها با پیش فرض های ما در مورد نحوه عملکرد جهان پنهان می شود – و ساده ترین راه حل ها به سادگی می توانند بسیار واضح باشند. “من یک شیمیدان آلی هستم ، هر روز با مولکول های آلی کوچک کار می کنم اما به آن فکر نمی کردم!”

اکتشافات منجر به چه چیزی شد؟

این رشته از آغاز متواضعانه خود راه زیادی را طی کرده است. Somfai می گوید: کشف شگفت انگیز برندگان که مولکولهای آلی کوچک می توانند واکنشهای گزینشی پیچیده enantioselective را کاتالیز کنند – و توضیحات ساده در مورد نحوه انجام این کار – منجر به انفجار تحقیقات در این منطقه شد. امروزه ، ارگانوکاتالیز بعنوان سومین ستون کاتالیز نامتقارن ، در کنار کاتالیز آنزیمی و فلز گذار شناخته می شود. لیست ، مک میلان و تعدادی از شیمی دانان با الهام از کار خود ، در حال کشف واکنش های ارگانوکاتالیستی بیشتری هستند ، از جمله نسخه های ارگانیک واکنش های نامتقارن کلاسیک ، مانند واکنش های مانیچ ، افزوده های مایکل و واکنشهای فریدل -کرفتز. ارگانیسم تجزیه و تحلیل حتی با گوشه سبز دیگری از شیمی ادغام شده است: فوتوکاتالیز.

لیست می گوید: “انقلاب واقعی کشف ما در حال حاضر تنها با کاتالیزورهای بسیار واکنش پذیر ظاهر می شود که می توانند کارهایی را انجام دهند که شما نمی توانید با آنزیم ها یا حتی با پیچیده ترین مجتمع های فلزی انجام دهید.”

منبع : www.chemistryworld.com
2021-10-06 18:54:00

امتیاز دهید

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

راه های ارتباطی با کارشناسان فروش

کارشناسان فروش:

خانم سپهری

مدیر فروش

خانم شایگان

کارشناس فروش

خانم سعادت

کارشناس فروش

شماره موبایل:

شماره تلفن:

پیغام در واتساپ:

5020 142 0919

3147 9501 031

2813 836 0910

3144 9501 031

5410 061 0912

3145 9501 031

راه های ارتباطی با کارشناسان فروش

خانم سپهری

مدیر فروش

شماره موبایل:

شماره تلفن:

پیام در واتساپ:

5020 142 0919

3147 9501 031

خانم شایگان

کارشناس فروش

شماره موبایل:

شماره تلفن:

پیام در واتساپ:

5020 142 0919

3147 9501 031

خانم سعادت

کارشناس فروش

شماره موبایل:

شماره تلفن:

پیام در واتساپ:

5020 142 0919

3147 9501 031

بیا ببین چه خبره اینجا

عضویت در خبرنامه هفتگی ما

مزایا عضویت :

  • جدید ترین مقالات و محصولات را در ایمیل خود به صورت هفتگی داشته باشید.
  • اخبار جشنواره و نمایشگاه های مربوطه را سریعتر از بقیه دریافت کنید.
  • مهم از همه فقط اینجا تخفیف محصولات را اعلام میکنیم
  • آخری هم با اجازه شما ماهی یک بار هم تبلیغ بفرستیم ( قول میدیم مزاحم نشیم و دست پر هم بیایم )
خبرنامه دکاموند شیمی

دانلود فقط با یک کلیک

با کلیک بر روی دانلود و اشتراک ، شما در خبرنامه مشتریان دکاموند شیمی مشترک خواهید شد.