Giải Nobel Hóa học năm 2021 được trao cho Benjamin List, David WC MacMillan: Các nhà hóa học giống như những ảo thuật gia

Công cụ tinh xảo để xây dựng các phân tử

Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển cho biết: "Các chất xúc tác hữu cơ có thể được sử dụng để thúc đẩy vô số phản ứng hóa học. Sử dụng những phản ứng này, các nhà nghiên cứu hiện có thể tạo ra hiệu quả hơn bất cứ thứ gì từ dược phẩm mới đến các phân tử có thể hập thu ánh sáng trong pin mặt trời".

Công bố giải thưởng, Tổng thư ký của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, Göran Hansson, mô tả các chất xúc tác hữu cơ là 'một công cụ tinh xảo để xây dựng các phân tử'.

Benjamin List là một nhà hóa học Đức, Giám đốc Viện Nghiên cứu Than đá Max Planck, GS ngành hóa học hữu cơ tại Đại học Cologne. David William Cross MacMillan nhà hóa học Scotland, GS Hóa học xuất sắc Đại học James S. McDonnell tại Đại học Princeton, Chủ nhiệm Khoa Hóa học. Cả hai đều có những khám phá đột phá vào năm 2000.

Trong khi nghiên cứu về xúc tác enzym tại Viện nghiên cứu Scripps ở La Jolla, California, GS List đã có một khám phá quan trọng, phát hiện được một amino axit - proline là tất cả những gì cần thiết để xúc tác cho phản ứng aldol.

Nghiên cứu về xúc tác xúc tác enzym của GS Benjamin List

"Khi tôi thực hiện thí nghiệm này, tôi không biết điều gì sẽ xảy ra và tôi nghĩ, có thể đó là một ý tưởng ngu ngốc, hoặc ai đó đã thử rồi", GS List nói với báo giới trong một cuộc điện thoại tới Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển ngày 6/10.

Đồng thời, MacMillan cũng tìm cách giảm sự phụ thuộc vào các kim loại chuyển tiếp trong xúc tác. Sau khi xem xét quá trình chuyển các electron, tham gia vào những phản ứng xúc tác, MacMillan đề xuất rằng các phân tử hữu cơ có khả năng hình thành ion iminium, có thể thúc đẩy phản ứng Diels-Alder .

Nghiên cứu về chất xúc tác hữu cơ của GS MacMillan

MacMillan và các đồng nghiệp đã đặt ra thuật ngữ 'ly giải hữu cơ' khi họ lần đầu tiên báo cáo về kết quả của những thí nghiệm này.

Có tác động lớn đến nghiên cứu dược phẩm

Điều quan trọng là, các chất xúc tác hữu cơ do List và MacMillan phát triển có thể tạo ra các hợp chất bất đối một cách chọn lọc. Một phân tử hoặc ion bất đối tồn tại ở hai đồng phân lập thể là hình ảnh phản chiếu của nhau, được gọi là đồng phân đối quang, được phân biệt là "thuận tay phải" hoặc "thuận tay trái" bởi cấu hình tuyệt đối hoặc một số tiêu chí khác

Khả năng lựa chọn 'độ thuận tay' của các phân tử có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực hóa học - ví dụ như trong y học, chất đồng phân đối quang của một hợp chất thuốc có thể gây ra phản ứng sinh học rất khác, gây nguy hại cho bệnh nhân.

Từ năm 2000, lĩnh vực xúc tác hữu cơ đã nhanh chóng mở rộng, cung cấp một phương pháp mới xúc tác các phản ứng hóa học và tổng hợp các phân tử phức tạp mà không cần sử dụng chất xúc tác là các enzym sinh học hoặc các hợp chất kim loại nặng. Cả hai nhà khoa học List và MacMillan đều đã phát triển nhiều chất xúc tác hữu cơ có thể thúc đẩy hàng loạt biến đổi hóa học.

Ủy ban Nobel nhấn mạnh rằng công trình nghiên cứu của List và MacMillan “có tác động lớn đến nghiên cứu dược phẩm và làm cho hóa học trở nên xanh hơn”. 

Chủ tịch Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Tom Welton phát biểu: " Xúc tác hữu cơ hình thành tác động rất lớn trong quá trình tổng hợp hóa chất. Cho phép chúng tôi phát triển các lộ trình tổng hợp bền vững mới cho các sản phẩm và sản phẩm trung gian quan trọng. Xúc tác hữu cơ cũng giải phóng chúng ta khỏi việc luôn phụ thuộc vào chất xúc tác kim loại nặng, thường là những nguyên tố có nguy hại đến sức khỏe. Không có gì ngạc nhiên sau những đóng góp nổi tiếng của David MacMillan và Benjamin List, bùng phát các hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực này”.

“Lĩnh vực này có tiềm năng to lớn để phát triển nhiều lộ trình tổng hợp hóa học mới và thân thiện hơn trong tương lai, cho phép có các loại thuốc tốt hơn, vật liệu công nghệ cao và rất nhiều ứng dụng khác, làm cho cuộc sống của chúng ta bền vững hơn. Tôi thực sự hài lòng khi thấy giải thưởng rất xứng đáng này”.

Tuyên bố trực tuyến, chủ tịch Hiệp hội Hóa học Mỹ H.N Cheng mô tả phương pháp ly giải hữu cơ phi đối xứng là “một quan điểm tư duy mới và là một phương tức bền vững hơn để thực hiện các phản ứng hóa học quan trọng”.

Ông Cheng nói: “Trong bức tranh toàn cảnh, khả năng tạo ra các hợp chất mới để giải quyết những vấn đề của con người là thế mạnh của hóa học. Các nhà hóa học giống như những ảo thuật gia, với khả năng hấp thụ hữu cơ phi đối xứng có một cây đũa thần mới cho việc chế tạo các loại thuốc quan trọng.”