Oikotie uusiin molekyyleihin toi kemian Nobelin palkinnon

Mullistava uusi menetelmä keinotekoisten molekyylien valmistamiseen toi kahdelle tutkijalle vuoden 2021 kemian Nobelin palkinnon.

Mullistava uusi menetelmä keinotekoisten molekyylien valmistamiseen toi kahdelle tutkijalle vuoden 2021 kemian Nobelin palkinnon.

Shutterstock

6. lokakuuta 2021: Vuoden 2021 kemian Nobelin palkinto on tänään annettu saksalaiselle Benjamin Listille ja yhdysvaltalaiselle David MacMillanille, jotka jakavat palkinnon.

Kumpikin on itsenäisesti kehittänyt niin sanotun asymmetrisen organokatalyysin, joka on äärimmäisen tehokas tapa tuottaa uusia molekyylejä.

Nobelin palkinto, kemia, 2021

Kemian vuoden 2021 Nobelin palkinnon saajat: David W. C. MacMillan Princetonin yliopistosta Yhdysvalloista (vasemmalla) ja Benjamin List hiilentutkimuksen Max Planck -instituutista Saksasta.

© Princeton University & Max-Planck-Gesellschaft

Molekyylit ovat kemiallisten yhdisteiden perusyksiköitä, ja keinotekoisesti tuotettuja molekyylejä on niin elintarvikkeissa ja muovissa kuin kosmetiikassa ja lääkkeissäkin.

Esimerkiksi keinotekoisen makuaineen tai lääkkeen vaikuttavan aineen valmistaminen voi olla hidasta, ja silloin prosessia nopeutetaan katalyyteilla.

Katalyytit ovat aineita, jotka eivät itse hajoa prosessissa mutta jotka saavat toivotun kemiallisen reaktion tapahtumaan luonnollista nopeammin.

Ennen nobelistien tutkimuksia kemistit käyttivät katalyytteina esimerkiksi entsyymejä, mutta entsyymit ovat suuria ja prosessi kallis.

Asymmetrisestä organokatalyysista on saatu näppärä työkalu molekyylien valmistukseen: se on tehokkaampi, edullisempi ja ympäristöystävällisempi kuin aiemmat menetelmät.

Proliini

Entsyymit (vasemmalla) ovat erinomaisia katalyytteja kemiallisissa prosesseissa, mutta Benjamin List keksi, että vain kahdella aminohapolla (oikealla) oli merkitystä katalyysille hänen kokeissaan. Hän valmisti keinotekoisesti proliini-aminohappoa (alinna), joka sisälsi vain katalyysille tärkeitä aineita.

© Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

MacMillan ja List kehittivät asymmetrisen organokatalyysin noin 20 vuotta sitten, ja sen jälkeen muut tutkijat ovat kehittäneet menetelmää edelleen.

Strykniini on molekyylirakenteeltaan erittäin monimutkainen myrkky, ja sitä käytetäänkin tuotantomenetelmien tehokkuuden testaamiseen.

Entsyymikatalyysilla sen valmistaminen olisi noin 7 000 kertaa niin mutkikasta kuin asymmetrisen organokatalyysin avulla.

Lisäksi organokatalyysi säästää ympäristöä, sillä siinä ei synny jätettä, joka pitäisi lopuksi poistaa ja joka saattaisi saastuttaa molekyylit.