Prêmio Nobel de Química de 2021 recompensa o trabalho revolucionário em manipulação molecular
Sem Benjamin List e David MacMillan, os químicos ainda estariam usando metais e enzimas para catalisar reações químicas.
Corrosão catalítica de uma grade de platina. (Crédito: Boreskov Institute of Catalysis / Wikipedia)
Principais conclusões- A Academia Sueca concedeu o Prêmio Nobel de Química de 2021 a dois químicos que, de forma independente, mas simultânea, descobriram uma nova maneira de catalisar reações químicas.
- Esse processo, chamado de organocatálise assimétrica, usa moléculas orgânicas como carboidratos e aminoácidos em vez de metais e enzimas.
- Comparada ao metal e às enzimas, a organocatálise é mais fácil, barata e muito mais segura tanto para as pessoas quanto para o meio ambiente.
A Academia Sueca de Ciências concedeu o Prêmio Nobel de Química de 2021 a Benjamin List e David MacMillan. Os químicos, nascidos e criados na Alemanha e na Inglaterra, respectivamente, desenvolveram uma maneira mais fácil, segura e sustentável de causar e manipular reações químicas, ajudando projetos de pesquisa em todo o mundo.
Semelhante aos fisiologistas David Julius e Ardem Patapoutian, que ganharam o Prêmio Nobel de Medicina deste ano por seus avanços monumentais no estudo da percepção sensorial humana, Dr. List e Dr. MacMillan trabalharam independentemente um do outro, publicando suas descobertas quase idênticas em livros separados. revistas acadêmicas na mesma época.
O método que o Dr. List e o Dr. MacMillan propuseram em seus artigos, ambos publicados no ano 2000, é agora referido como organocatalysis assimétrico. Embora isso seja explicado com mais detalhes momentaneamente, a organocatálise assimétrica se refere ao processo de causar reações químicas usando moléculas orgânicas como seu catalisador, um papel que antes era preenchido por metais e enzimas.
Embora o trabalho do Dr. List e do Dr. MacMillan tenha tido um enorme impacto em projetos de pesquisa em todo o mundo, seu significado quase não foi notado pelo público. Mas munidos de uma ferramenta de medição mais precisa, laboratórios e empresas farmacêuticas foram capazes de produzir medicamentos quimicamente sólidos em grande escala. Como disse o diretor do National Institutes of Health, Jon Lorsch, a engenharia molecular de repente se tornou como a carpintaria.
Lista de Benjamin: catálise com aminoácidos
A história da manipulação molecular, pelo menos no que se refere ao trabalho do Dr. List e do Dr. MacMillan, começa em 1835 na Suécia. Este foi o ano em que o químico Jacob Berzelius descobriu que você poderia iniciar, acelerar, desacelerar e até mesmo terminar reações químicas simplesmente adicionando uma substância específica à mistura. A pesquisa sobre a construção e a quebra de compostos logo começou, permitindo a produção de plásticos e produtos farmacêuticos em escala global.
Mas à medida que a indústria que foi construída sobre a manipulação molecular estava evoluindo, nosso comando e compreensão dela permaneceram inalterados. Durante décadas, os pesquisadores assumiram que as reações só poderiam ser iniciadas por meio de metal ou enzimas – materiais caros, trabalhosos, bioperigosos e prejudiciais ao meio ambiente.
É aqui que entram o Dr. List e o Dr. MacMillan. Trabalhando no Scripps Research Institute (o mesmo onde o Dr. Patapoutian está empregado atualmente) ao lado do falecido fundador do instituto, Carlos F. Barbas III, o Dr. List tropeçou em um velho e aparentemente trabalho de pesquisa negligenciado discutindo se a prolina, um aminoácido simples e orgânico, poderia ser usado como catalisador para uma reação química. Quando o Dr. List tentou repetir o experimento com átomos de carbono, a reação ocorreu e foi bem-sucedida.
Uma vez que ficou claro que pequenas concentrações de carboidratos e aminoácidos poderiam catalisar reações químicas tão bem, se não um pouco melhor, do que os metais confusos e enzimas incômodas, o mundo da química nunca mais seria o mesmo. As moléculas orgânicas, assim chamadas porque compõem todos os organismos vivos, trouxeram uma série de vantagens que facilitaram a vida dos pesquisadores e mantiveram a população em geral segura.
David MacMillan: uma alternativa mais sustentável
Comparado a metais e enzimas, é fácil usar moléculas orgânicas como catalisadores. Os laureados desenvolveram uma ferramenta verdadeiramente elegante, disse Pernilla Wittung-Stafshede , que faz parte do Comitê Nobel de Química, mais simples do que se poderia imaginar. De acordo com New York Times , Dr. List e Dr. MacMillan tornaram a manipulação molecular tão acessível que levou a uma corrida do ouro acadêmica, com mais pessoas – e dinheiro – jogando seus chapéus no ringue todos os meses.
Quando perguntados sobre o que a descoberta da organocatálise assimétrica fez pelo seu trabalho, pesquisadores conhecidos respondem com entusiasmo. Um membro do Comitê Nobel, Peter Somfai, usou a analogia de um tabuleiro de xadrez. Você pode pensar sobre o jogo de uma maneira diferente, afirmou. H.N. Cheng, presidente da American Chemical Society, concordou, dizendo que o Dr. List e o Dr. MacMillan abriram o conselho. Agora cabe a você jogar o jogo.
Por que ninguém veio com este conceito simples, verde e barato para catálise assimétrica antes? escreveu o comitê do Nobel. Esta pergunta tem muitas respostas. Uma delas é que as ideias simples são muitas vezes as mais difíceis de imaginar.
Os compostos orgânicos não são apenas fáceis de usar, eles também são limpos e relativamente pouco onerosos para o meio ambiente. Dois anos antes de o Dr. MacMillan publicar sua pesquisa premiada, ele estudava catálise assimétrica em metais na Universidade de Harvard. De muitas maneiras, seu tempo em Harvard foi o impulso para sua pesquisa em organocatálise. Vendo como era caro adquirir o metal, sem falar nas dificuldades em mantê-lo, o Dr. MacMillan começou a pensar em uma maneira melhor.
Mudando para a Universidade da Califórnia, em Berkely, o Dr. MacMillan desenvolveu sua organocatálise assimétrica como uma alternativa durável aos metais e enzimas. Isso só foi possível porque os compostos orgânicos podem acomodar temporariamente elétrons como metais. No entanto, eles não precisam ser extraídos nem cuidadosamente armazenados.
O caminho para a certeza absoluta
A organocatálise assimétrica é mais precisa e, como resultado, mais segura. Você não precisa ser um químico experiente para saber que química é difícil; todo aluno que fez uma aula introdutória no ensino médio ou na faculdade sabe o quão desafiador o trabalho – ou seja, mexer com a matéria nos níveis mais microscópicos – pode ser. Exige uma precisão intransigente.
Antes que o Dr. List e o Dr. MacMillan fizessem sua descoberta, os químicos eram simplesmente incapazes de manipular moléculas com um grau absoluto de certeza. Isso ocorre porque muitas moléculas orgânicas vêm em duas versões diferentes: a chamada versão para canhotos e destros. Essas duas versões são mais ou menos imagens espelhadas uma da outra, exceto por uma modificação crucial em sua estrutura.
Embora essas modificações sejam minúsculas, elas podem ter efeitos perceptíveis. O melhor cenário é a molécula limoneno, cujas versões para canhotos e destros cheiram a laranja e limão, respectivamente. O pior cenário é a talidomida, onde um lado protege você de doenças de pele e o outro causa defeitos congênitos graves em fetos.
Antes da descoberta da organocatálise assimétrica – que é chamada de assimétrica precisamente porque é capaz de atingir uma versão específica de uma molécula ao construir ou quebrar compostos – qualquer projeto de pesquisa que envolvesse manipulação molecular tinha que esperar que seus catalisadores de metal e enzimas estivessem criando o caminho certo. variações. Os deslizes eram raros, mas também eram mortais e de forma alguma inevitáveis.
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