Nobel Kimya Ödülü

Tahmini Okuma Süresi: 2 dakika 20 saniye

NOBEL KİMYA ÖDÜLÜ 2021


Benjamin List ve David MacMillan, moleküllerin sentezi için yeni ve dahiyane bir yol olan Organokataliz keşfi ile 2021 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görülmüşlerdir. Moleküler yapıyı yeni bir düzeye taşıyan, asimetrik moleküller üretmeyi kolaylaştıran bu dahiyane keşfin, yeni ilaçların geliştirilmesine ve kimya biliminin sürdürülebilirlik açısından daha verimli olmasına katkı sağlayacağı öngörülmektedir.


Bugüne dek evrim; hayata şekillerini, renklerini ve işlevlerini veren moleküler kompleksleri inşa etmek için spesifik araçlar olan enzimleri meydana getirmiştir. Kimyagerler, bu kimyasal başyapıtları izole ettiklerinde, onları hayranlıkla incelemişlerdir. Moleküler yapının geliştirilmesi yönünde ise ellerindeki mevcut tekniklerle doğadaki yapıları taklit etmeye çalışırken, beklenmeyen pek çok yan ürün de oluşturmuşlardır. Öte yandan, özellikle farmasötikleri üretirken, ayna görüntülerinden genellikle sadece birini üretebilmeyi hedeflemişler ancak bunun için daha doğa dostu ve etkili yöntemlerin neler olduğunu tespit edememişlerdir.1

Ünlü kimyager Jacob Berzelius’un 1836’da kataliz reaksiyonunu keşfetmesiyle, reaksiyona girmeden molekülleri parçalayabilen ya da birleştirebilen çok sayıda katalizör elde edilmiştir. İlaçlar, plastikler, parfümler ve gıda tatlandırıcıları gibi binlerce madde bu keşif sayesinde üretilebilmektedir.2

2000 yılı öncesi keşfedilen tüm katalizörler iki gruptan birine aittir: Metal ya da Enzim.1

Metal katalizörleri ile ilgili sorunlardan biri de, bazı metal katalizörlerinin, oksijene ve suya karşı çok hassas olmaları nedeniyle, çalışmaları için oksijen ve nem içermeyen ortama ihtiyaç duymalarıdır. Büyük ölçekli endüstrilerde bunu başarmak zordur ve metal katalizörlerin birçoğu çevreye zarar verebilecek ağır metallerdir.3

Biyolojik katalizörler yani enzimler ise proteinlerden oluşur. Canlılarda yaşam için gerekli kimyasal reaksiyonları yürüten binlerce farklı enzim, asimetrik kataliz konusunda uzmandır ve istenilen (ayna görüntüsü) molekülün üretiminde görev alır.4

Benjamin List, katalitik antikorlarla yürüttüğü çalışmalarında, metallerin yardımı olmadan kimyasal reaksiyonların katalize edilebildiğini keşfetmiştir. List, yine bu çalışmalar bünyesinde, enzimatik reaksiyonların enzimdeki bir veya birkaç amino asit tarafından yürütüldüğünü bulmuş ve sormuştur: Kimyasal bir reaksiyonu katalize etmek için amino asitlerin bir enzimin parçası olması gerekiyor mu?1,4

Nobel Kimya Ödülü

Benjamin List bu soruya cevap ararken, 1970’lerin başından beri bilinen prolin’in, iki farklı molekülden gelen karbon atomlarının birbirine bağlandığı bir aldol reaksiyonunu katalize edip edemediğini test etmiş, prolinin etkili bir katalizör olduğunu göstermiş, aynı zamanda asimetrik katalizi gerçekleştirebileceğini de ortaya koymuştur. Prolin, metaller ve enzimlerle karşılaştırıldığında, kimyagerler için oldukça etkili bir aracıdır, ayrıca çok basit, ucuz ve çevre dostu bir moleküldür.4,5,6

David MacMillan ise katalizörlerin endüstride nadiren kullanıldığını fark ederek nedenlerini araştırmış ve organik bir molekülün reaksiyonu katalize etmesi için iminyum iyonu oluşturabilmesi gerektiğinden yola çıkarak, seçilmiş birkaç organik molekülle çalışmalar yapmış ve keşfine “Organokataliz” ismini vermiştir.7 Ocak 2000'de, Benjamin List keşfini yayınlamadan hemen önce, David MacMillan’da makalesini bilimsel bir dergide yayınlanmak üzere göndermiştir ve makalesinde şu ifadeler yer almaktadır: “Burada, bir dizi asimetrik dönüşüme uygun olacağını umduğumuz yeni bir organokataliz stratejisi sunuyoruz”.7,8

Organokataliz, asimetrik kataliz gerektiren farmasötik araştırmalar için oldukça önemlidir. Asimetrik katalizin keşfine kadar, birçok ilaç, bir molekülün her iki ayna görüntüsünü de içermekle beraber, bu ayna görüntülerinden biri aktifken, diğeri istenmeyen etkilere neden olabiliyordu.1

Organokatalizin keşfi, heyecanla karşılanmasının yanında, bilim insanlarının kendilerine: “Neden daha önce hiç kimse bu basit, çevreye duyarlı ve ucuz asimetrik kataliz konseptini ortaya çıkaramamıştır?” sorusunu da sordurmuştur.1

Sorunun elbette birçok cevabı vardır ama belki de en önemlisi, basit fikirlerin, hayal edilmesi en zor olan fikirler olduğudur. Benjamin List ve David MacMillan, başarılarının yanında, bu anlamda da önyargıların ötesine geçmeyi başarmışlardır.1

Benjamin List ve David MacMillan, kimyagerlerin on yıllardır mücadele ettiği bir soruna dahiyane bir çözüm bularak önyargıların ötesine geçmeyi başarmışlardır. Organokataliz keşfi, “günümüzde” insanlığa büyük yarar sağlamaktadır.1

Referanslar

  1. Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2021. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. Sat. 30 Oct 2021.
  2. Hagen, Jens (2015). Industrial Catalysis (A Practical Approach) II., DOI:10.1002/9783527684625.ch1
  3. Popular information. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. Wed. 10 Nov 2021. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2021/popular-information.
  4. Seayad, Jayasree; List, Benjamin (2005). Asymmetric organocatalysis. , 3(5), 719–0. DOI:10.1039/b415217b.
  5. Berkessel, Albrecht; Gröger, Harald (2005). Asymmetric Organocatalysis (From Biomimetic Concepts to Applications in Asymmetric Synthesis) II., DOI:10.1002/3527604677
  6. List, Benjamin; Lerner, Richard A.; Barbas, Carlos F. (2000). Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Aldol Reactions., 122(10), 2395–2396. DOI:10.1021/ja994280y
  7. Ahrendt, Kateri A.; Borths, Christopher J.; MacMillan, David W. C. (2000). New Strategies for Organic Catalysis: The First Highly Enantioselective Organocatalytic Diels−Alder Reaction. , 122(17), 4243–4244. DOI:10.1021/ja000092s
  8. Jen, Wendy S.; Wiener, John J. M.; MacMillan, David W. C. (2000). New Strategies for Organic Catalysis: The First Enantioselective Organocatalytic 1,3-Dipolar Cycloaddition. Journal of the American Chemical Society, 122(40), 9874–9875. DOI:10.1021/ja005517p