Nobelisté zkoumali chaos. Oceněná trojice fyziků výrazně přispěla k povědomí lidstva o fungování klimatu |
Nejnovějšími držiteli Nobelovy ceny za chemii se stala dvojice badatelů, kteří přišli s revoluční metodou katalýzy chemických reakcí. Jsou to Němec Benjamin List a Skot David MacMillan. Jejich práce odstartovala v laboratořích na celém světě zlatou horečku. Začaly vznikat nové katalyzátory, které jsou levné a zároveň přátelské k životnímu prostředí.
Katalyzátor je látka, která urychluje nebo umožňuje chemickou reakci, ale sama se při ní nespotřebovává. Benjamin List pracoval v 90. letech minulého století na vývoji nových variant enzymů, které by se hodily pro řízení nejrůznějších užitečných reakcí.
Odkoukáno od přírody
Enzymy jsou přírodní katalyzátory. Živé buňky je používají k řízení nesčetných chemických reakcí, jež v nich během každé sekundy probíhají. Enzymy jsou komplikované molekuly, většinu jejich struktury tvoří kombinace dvou desítek základních součástek – aminokyselin. List si všiml, že v mnoha enzymech má vlastní katalýzu na starosti jen jedna nebo několik málo aminokyselin. Napadlo ho tedy vyzkoušet, zda jednotlivé aminokyseliny nemohou fungovat jako katalyzátor i samostatně.
Věděl, že v 70. letech prokázala jiná vědecká skupina katalytické účinky aminokyseliny prolinu. Zkusil ji proto použít k urychlení takzvané aldolové reakce. Je to jeden ze způsobů, jak vznikají vazby mezi uhlíkovými atomy. Prolin se nejen hodil jako katalyzátor. Dokázal si přitom poradit i se syntézou jen jedné ze dvou zrcadlových verzí stejné molekuly.
Mnoho molekul se totiž v přírodě vyskytuje ve dvou prostorových verzích, které jsou navzájem odlišné jako zrcadlové obrazy nebo pravá a levá ruka. V některých, zvlášť biochemických reakcích se mohou chovat odlišně. Při běžných chemických procesech vznikají většinou obě verze, lidé však často potřebují jen jednu z nich.
Katalyzátorová horečka
Zhruba ve stejné době jako Benjamin List pracoval na podobném problému i jeho kolega David MacMillan. Zpočátku zkoumal kovové katalyzátory. Vadilo mu však, že jsou jen obtížně použitelné v průmyslu.
Zvlášť těžké kovy jsou jedovaté. Práce s nimi je nebezpečná, poškozují také životní prostředí. Často reagují s kyslíkem a vodou, proto potřebují k fungování prostředí bez kyslíku a vlhkosti. Toho se dá v průmyslové výrobě těžko dosáhnout. Sice to jde, ale bývá to drahé.
MacMillan proto obrátil svůj zájem k organickým molekulám. Vyznačují se kostrou z uhlíkových atomů obklopených vodíkovými přívěsky. Dají se skládat jako kostky lega a existují jich miliony. Skotského vědce však zajímaly především molekuly schopné vytvořit zvláštní druh kladně nabitého iontu, jemuž se říká iminium. Obsahuje navíc atom dusíku.
Vybral několik takových molekul a otestoval jejich schopnost řídit proces, jejž chemici používají, když chtějí získat kruhy z uhlíkových atomů. Fungovalo to perfektně. Stejně jako v Listových pokusech bylo navíc možné syntetizovat jen jednu ze dvou zrcadlových verzí stejné molekuly. MacMillan vymyslel v jednom ze svých článků pro nový typ katalýzy i název. Pojmenoval ho organokatalýza.
Syntéza léků
Katalyzátory používá v nějakém stadiu výroby víc než 90 procent komerčních chemických produktů. Odhaduje se, že se podílejí na zhruba 35 procentech světového HDP. Schopnost vyrábět jen jednu ze dvou zrcadlových verzí stejné molekuly je velmi užitečná ve farmaceutickém průmyslu.
Hodí se například při syntéze antivirového léku Oseltamiviru, známějšího pod značkovým jménem Tamiflu. Další podobný lék je psychiatrické léčivo Paroxetin, které se používá k léčbě úzkostí a poruch nálady.
