2021 Nobel ödüllerinin bir başka dalı olan Kimya’da kazananlar, bu yüzyılın başında kimyagerlerin yeni molekül oluşturma biçiminde devrim yaparak süreci hızlandıran ve daha çevre dostu hâle getiren bir araç geliştiren iki bilim insanı oldu. Bu bilim insanlarını ve geliştirdikleri aracı merak ediyorsanız içeriğimize buyurun. 👇
Max Planck Enstitüsü’nden Benjamin List ve Princeston Üniversitesi’nden David MacMillan, asimetrik organokataliz adlı organik molekül oluşturma sürecini hızlandıran organik katalizörler geliştirdi. Amerikan Kimya Derneği Başkanı H.N. Cheng, “Bu ikili, kimyagerlere daha etkili ve daha tutumlu bir ‘değnek’ hediye etti” diyerek bu çalışmanın Nobel ödülünü hak ettiğini belirtti.
Fakat bu kimyasal yapı taşları öylece bir araya getirilmez. Bir dizi kimyasal reaksiyon yoluyla kesin değişiklikler yapılarak dikkatlice birleştirilmeleri gerekir. Kimyasal reaksiyonlar, bir molekülün birbirinin aynadaki görüntüsü olan iki versiyonunu üretir.
Örneğin, 50 ve 60’lı yıllarda sabah bulantısı ilacı olarak kullanılan talidomid, içindeki ayna görüntüsü niteliğindeki moleküller yüzünden 10.000’den fazla bebeğin kusurlu gelişmesine neden olmuştu. Sonuç olarak, asimetrik molekül oluşturmak ve bunun hangi versiyonunun üretildiğini kontrol etmek, özellikle ilaç üretim sektöründe büyük öneme sahip.
Eskiden bilinen iki tip katalizör vardı: enzimler ve metal kompleksler. Enzimler, vücutta çok özel kimyasal eylemler gerçekleştirmek üzere evrimle ortaya çıkmış tıknaz proteinlerdir. Laboratuvar ortamında kullanımları büyük ölçüde zordur. Platin ve kobalt gibi kimi metaller bazı reaksiyonları başlatabilse de, çoğu yalnızca havasız, susuz ortamlarda işlevini yerine getirir ki bu ortamlar, üretim bağlamında genellikle kısırdır. Buna ek olarak, birçok metal katalizör çevreye zararlıdır, tedarik edilmeleri de pahalıdır.
Ancak 2000 yılında her şey değişti. O sıralar Benjamin List, iki molekülü karbon bağlar aracılığıyla birbirine bağlayan aldol reaksiyonu inceliyordu. Bu tür reaksiyonlar organizmalarda gıdayı enerjiye dönüştürür ve aldolaz A denen büyük ve karmaşık bir enzim tarafından gerçekleştirilir. Tabii enzimin sadece küçük bir kısmı gerçekten reaksiyonu katalize eder.
Keşifle ilgili olarak, “Deneyi yaptığımda ne olacağını bilmiyordum. Aptalca bir fikir gibi duruyordu ama işe yaradığını gördüğümde bundan büyük bir şey çıkabileceğini hissettim” diyor.
Karbon atomlarının halkalarını oluşturan Diels-Alder reaksiyonunu inceliyordu ki bu reaksiyon, günümüzde kauçuktan farmasötiklere kadar pek çok ürünün üretiminde kullanılır. Fakat çok yavaştır ve ıslakken kullanılamayan hassas metal katalizörlere dayanır.
Metallerin katalitik etkisini daha basit bir şekilde taklit eden ve aynı zamanda ortaya çıkan ürünün iki olası aynı görüntüsünden sadece birini üreten küçük organik moleküller tasarladı. ‘Asimetrik organokataliz’ adlı bu yeni kataliz türünü kimya bilimine kazandırdı. List ve MacMillan’ın keşifleri, araştırmacıları başka organokatalizörler bulmaya teşvik etti. Bu da pek çok sektöre sıçramakla birlikte özellikle yeni ilaçların bulunmasını sağladı.
Bu daha verimli ve çevre dostu yöntemlerle organik moleküller üretiliyor. Nörotoksin striknin kimyagerlerin kullanımına uygun olmasa da, karmaşık yapısı sayesinde farklı sentez metotlarının karşılaştırılmasını sağlıyor. Kimyagerler eskiden girdi maddesinin %0.0009’unun striknine dönüştüğü 29 reaksiyonlu bir yöntem kullanıyordu.
Ayrıca süreç 7.000 kat daha verimli işliyor. Bu ekstra verimlilik, toksik metaller kullanılmadan elde edildiğinden organokataliz, çevre dostu bir kimyasal sentezleme yöntemi olarak karşımızda duruyor. Bu nitelikleri göz önünde bulunduracaksak, List ve MacMillan’ın çalışmaları gerçekten de Nobel ödülünü hak ediyor.