Dijelaskan: Ide sederhana yang mengkatalisasi reaksi perubahan permainan

Ide sederhana yang dibuat List dan MacMillan, bekerja secara independen, adalah untuk mencari katalis baru, zat yang digunakan untuk mempercepat reaksi kimia, ketika sebagian besar percaya mereka terjebak dengan set yang sudah ada, yang agak tidak efisien.

Pemenang 2021 Benjamin List (kiri) dan David Macmillan. (Situs web Hadiah Nobel)

Ide-ide sederhana seringkali paling sulit untuk dibayangkan, kata komite Hadiah Nobel saat menghormati Benjamin List dan David MacMillan dengan Nobel Kimia tahun ini.

Ide sederhana yang dibuat List dan MacMillan, bekerja secara independen, adalah untuk mencari katalis baru, zat yang digunakan untuk mempercepat reaksi kimia, ketika sebagian besar percaya mereka terjebak dengan set yang sudah ada, yang agak tidak efisien.

Katalis baru, yang berasal dari bahan kimia yang terjadi secara alami, lebih hijau dan lebih murah, dan memastikan bahwa produk akhir dari reaksi kimia memiliki variasi tertentu — dan tidak perlu melalui proses pemurnian untuk menghasilkan jenis senyawa yang diinginkan.

Penemuan yang dianugerahi Hadiah Nobel Kimia 2021 telah membawa konstruksi molekul ke tingkat yang sama sekali baru, kata komite Nobel. Kegunaannya termasuk penelitian obat-obatan baru dan juga membantu membuat kimia lebih hijau.

Katalis

Ketika dua atau lebih senyawa bereaksi membentuk senyawa baru, prosesnya sering dibantu oleh bahan kimia lain yang tidak mengubah dirinya sendiri, tetapi membantu mempercepat reaksi. Katalis ini telah dikenal setidaknya sejak pertengahan abad ke-19, dan digunakan dalam hampir setiap proses kimia akhir-akhir ini.

Hingga sekitar tahun 2000, hanya dua jenis bahan kimia yang diketahui bertindak sebagai katalis yang efektif: logam, terutama logam berat; dan enzim, molekul berat yang terjadi secara alami yang memfasilitasi semua proses biokimia penunjang kehidupan. Kedua set katalis ini memiliki keterbatasan.

Logam yang lebih berat mahal, sulit ditambang, dan beracun bagi manusia dan lingkungan. Terlepas dari proses terbaik, jejak tetap ada di produk akhir; ini menimbulkan masalah dalam situasi di mana senyawa dengan kemurnian sangat tinggi diperlukan, seperti dalam pembuatan obat-obatan. Juga, logam membutuhkan lingkungan yang bebas dari air dan oksigen, yang sulit dipastikan pada skala industri.

Enzim di sisi lain, bekerja paling baik ketika air digunakan sebagai media untuk reaksi kimia. Tapi itu bukan lingkungan yang cocok untuk semua jenis reaksi kimia.

Katalisis organo

List dan MacMillan, keduanya berusia 53 tahun, mulai bereksperimen dengan senyawa organik sederhana. Senyawa organik sebagian besar adalah zat yang terjadi secara alami, dibangun di sekitar kerangka atom karbon dan biasanya mengandung hidrogen, oksigen, nitrogen, belerang, atau fosfor. Bahan kimia pendukung kehidupan seperti protein, yang merupakan rantai panjang asam amino (senyawa karbon yang mengandung nitrogen dan oksigen) bersifat organik. Enzim juga protein, dan karena itu, senyawa organik.

List dan MacMillan mengetahui penelitian sebelumnya dari tahun 1970-an, di mana asam amino yang disebut prolin digunakan sebagai katalis dalam beberapa reaksi spesifik. Namun perannya tidak sepenuhnya dieksplorasi. Mereka mulai bekerja dengan asam amino individu dalam enzim — dan menghasilkan emas.

Katalisis asimetris

Asam amino individu memiliki keuntungan tambahan: mereka memastikan hanya satu variasi produk akhir yang dihasilkan dalam reaksi.

Zat dapat memiliki komposisi kimia dan rumus molekul yang persis sama; namun sangat berbeda dalam sifat mereka. Mereka dikenal sebagai isomer. Salah satu jenis isomer adalah mereka yang berbeda dalam cara atom individu berorientasi dalam ruang tiga dimensi. Dua molekul bisa persis sama, kecuali bahwa mereka adalah bayangan cermin satu sama lain, seperti tangan kita. Untuk penyederhanaan, para ilmuwan sering menyebut molekul-molekul ini sebagai kidal atau kidal. Perbedaan sederhana ini terkadang memiliki konsekuensi yang sangat besar, karena memungkinkan molekul untuk mengikat di lokasi yang berbeda ketika mereka berinteraksi dengan molekul lain.

Produk akhir dalam reaksi kimia biasanya merupakan campuran molekul tangan kiri dan tangan kanan. Reaksi kimia normal yang dilakukan di laboratorium tidak selektif dalam hal ini. Tapi alam. Karena bayangan cermin dapat memiliki sifat yang sangat berbeda, proses alami sangat selektif, dan presisi. Mereka menghasilkan baik molekul kidal atau tangan kanan.

List dan MacMillan menemukan bahwa dengan menggunakan senyawa alami seperti asam amino sebagai katalis, mereka hanya memperoleh satu bayangan cermin spesifik dari produk akhir. Ini kemudian dinamai katalisis asimetris.

List dan MacMillan datang dengan pengubah permainan mutlak. Bidang katalis organo, nama yang kemudian digunakan MacMillan untuk menggambarkan rangkaian katalis baru ini, telah meledak dalam dua dekade terakhir. Mereka menemukan alat yang sederhana dan cerdik tetapi dampaknya sangat besar, terutama di industri farmasi, tetapi juga di beberapa tempat lain, kata Prof RG Bhat dari Institut Pendidikan dan Penelitian Sains India di Pune, yang bekerja dengan katalis organo sendiri. .

Dr S Chandrashekhar, direktur Institut Teknologi Kimia India yang berbasis di Hyderabad, mengatakan pentingnya pekerjaan ini adalah membuat prosesnya jauh lebih aman dan lebih berkelanjutan daripada sebelumnya.

Saya juga sangat senang untuk dicatat bahwa komite Nobel memilih terobosan dalam Kimia murni kali ini. Di masa lalu, Nobel Kimia sering mengakui pekerjaan yang pada dasarnya termasuk dalam bidang biologi, katanya.

Buletin| Klik untuk mendapatkan penjelasan terbaik hari ini di kotak masuk Anda

Bagikan Dengan Temanmu: