Explicado: Ideia simples que catalisou reações de mudança de jogo
A ideia simples que List e MacMillan tiveram, trabalhando de forma independente, era procurar novos catalisadores, as substâncias usadas para acelerar as reações químicas, quando a maioria acreditava estar presa a um conjunto existente, um tanto ineficiente.
2021 Laureates Benjamin List (à esquerda) e David Macmillan. (Site do Prêmio Nobel) Ideias simples costumam ser as mais difíceis de imaginar, disse o comitê do Prêmio Nobel ao homenagear Benjamin List e David MacMillan com o Nobel de Química deste ano.
A ideia simples que List e MacMillan tiveram, trabalhando de forma independente, era procurar novos catalisadores, as substâncias usadas para acelerar as reações químicas, quando a maioria acreditava estar presa a um conjunto existente, um tanto ineficiente.
| Prêmio principal para economia do trabalhoOs novos catalisadores, derivados de produtos químicos naturais, eram mais verdes e baratos e garantiam que o produto final da reação química fosse de uma variedade específica - e não precisasse passar por um processo de purificação para produzir o tipo de composto desejado.
A descoberta de ter recebido o Prêmio Nobel de Química em 2021 elevou a construção molecular a um nível inteiramente novo, disse o comitê do Nobel. Seu uso inclui a pesquisa de novos produtos farmacêuticos e também ajudou a tornar a química mais verde.
| Jornalistas independentes que lutaram pela liberdade de expressãoCatalisadores
Quando dois ou mais compostos reagem para formar novos compostos, o processo geralmente é auxiliado por outros produtos químicos que não se alteram, mas ajudam a acelerar a reação. Esses catalisadores são conhecidos pelo menos desde meados do século 19 e são usados em praticamente todos os processos químicos hoje em dia.
Até por volta de 2000, apenas dois tipos de produtos químicos eram conhecidos por agirem como catalisadores eficazes: metais, principalmente metais mais pesados; e enzimas, moléculas pesadas de ocorrência natural que facilitam todos os processos bioquímicos de suporte à vida. Ambos os conjuntos de catalisadores tinham limitações.
Metais mais pesados são caros, difíceis de extrair e tóxicos para os humanos e o meio ambiente. Apesar dos melhores processos, vestígios permaneceram no produto final; isso representava problemas em situações em que eram necessários compostos de altíssima pureza, como na fabricação de medicamentos. Além disso, os metais exigiam um ambiente livre de água e oxigênio, o que era difícil de garantir em escala industrial.
As enzimas, por outro lado, funcionam melhor quando a água é usada como meio para a reação química. Mas esse não é um ambiente adequado para todos os tipos de reações químicas.
Organo-catálise
List e MacMillan, ambos com 53 anos, começaram a fazer experiências com compostos orgânicos simples. Os compostos orgânicos são principalmente substâncias de ocorrência natural, construídas em torno de uma estrutura de átomos de carbono e geralmente contendo hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre ou fósforo. Produtos químicos de suporte à vida, como proteínas, que são longas cadeias de aminoácidos (compostos de carbono contendo nitrogênio e oxigênio), são orgânicos. As enzimas também são proteínas e, portanto, compostos orgânicos.
List e MacMillan estavam cientes de pesquisas anteriores da década de 1970, nas quais um aminoácido chamado prolina era usado como catalisador em algumas reações específicas. Mas seu papel não foi totalmente explorado. Eles começaram a trabalhar com aminoácidos individuais em enzimas - e encontraram ouro.
| Nobel por decifrar a ciência do toqueCatálise assimétrica
Os aminoácidos individuais tinham uma vantagem adicional: eles garantiam que apenas uma variedade do produto final fosse produzida na reação.
As substâncias podem ter exatamente a mesma composição química e fórmula molecular; ainda diferem amplamente em suas propriedades. Eles são conhecidos como isômeros. Um tipo de isômeros são aqueles que diferem na maneira como os átomos individuais são orientados no espaço tridimensional. Duas moléculas podem ser exatamente iguais, exceto que são imagens espelhadas uma da outra, como nossas mãos. Para simplificar, os cientistas costumam se referir a essas moléculas como canhotas ou destras. Essa diferença simples às vezes pode ter consequências enormes, porque permite que as moléculas se liguem em locais diferentes quando interagem com outras moléculas.
O produto final em uma reação química é geralmente uma mistura de moléculas destras e canhotas. As reações químicas normais realizadas em laboratórios não são seletivas a esse respeito. Mas a natureza é. Como as imagens no espelho podem ter propriedades muito diferentes, os processos naturais são extremamente seletivos e precisos. Eles produzem uma molécula canhota ou destra.
List e MacMillan descobriram que, ao usar um composto natural como um aminoácido como catalisador, estavam obtendo apenas uma imagem espelhada específica do produto final. Posteriormente, isso foi denominado catálise assimétrica.
List e MacMillan criaram uma virada de jogo absoluta. O campo dos organo-catalisadores, nome que MacMillan mais tarde usou para descrever esses novos conjuntos de catalisadores, explodiu nas últimas duas décadas. Eles descobriram uma ferramenta simples e engenhosa, mas seu impacto foi enorme, principalmente na indústria farmacêutica, mas também em vários outros lugares, disse o professor RG Bhat, do Instituto Indiano de Educação e Pesquisa em Ciências em Pune, que também trabalha com organo-catalisadores .
O Dr. S. Chandrashekhar, diretor do Instituto Indiano de Tecnologia Química, com sede em Hyderabad, disse que a grande importância do trabalho é que ele tornou os processos muito mais seguros e sustentáveis do que antes.
| Primeiro Nobel de Ciências do ClimaTambém estou muito feliz em notar que o comitê do Nobel selecionou um avanço em química pura desta vez. No passado, o Nobel de Química freqüentemente reconheceu trabalhos que pertenciam essencialmente ao domínio da biologia, disse ele.
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