У 2000-х незалежно один від одного науковці створили новий тип каталізаторів – речовин, що прискорюють хімічні реакції, але не входять у склад кінцевих продуктів. Depo.ua розповідає, в чому суть роботи цьогорічних тріумфаторів. 

Ключ – в амінокислоті

Про існування каталізаторів ще у 1835-му році заговорив хімік Якоб Берцеліус, йдеться на офіційному сайті Нобелівської премії. Він описав нову "силу", що "генерує хімічну активність".

Відтоді хіміки активно взялися за вивчення каталізаторів – визначали речовини, що здатні розділити молекули чи навпаки утримати їх разом. Завдяки таким експериментам з'явився пластик, багато видів ліків, косметичних засобів та кулінарних інгредієнтів. При цьому до 2000-го року усі наявні каталізатори були або ферментами, або металами. 

Але метали в роботі хіміків мали свої недоліки – зокрема, вони були надто вразливими до кисню та води, а подекуди їх використання погіршувало екологічну ситуацію. Щодо ферментів – вони бездоганно працювали за волею природи у живих організмів, а от змусити їх виконувати команди науковців вдавалося не завжди. З роботи з ензимами і почав свій шлях до Нобелівки Бенджамін Ліст. 

Він разом з колегами почав експериментувати з каталітичними антитілами. Загалом в організмі антитіла приєднуються до збудника, аби знищити його. Але Ліст відокремив антитіла і почав на їхньому прикладі думати, як, власне, працюють ферменти. 

Хоча деякі з них містили метали – визнані каталізатори, в інших драйверами реакцій виступали амінокислоти. Тож Ліст почав шукати відповіді, чи працюватимуть такі амінокислоти або ж схожі прості молекули, якщо виокремити їх з ферментів. 

Його увагу привернула амінокисота пролін, з якою вже проводили низку експериментів раніше. Виявилося, що речовина здатна провокувати реакцію у вуглеці – зв'язуючи разом атоми з двох різних молекул. Ліст оцінив потенційну роль амінокислоти як каталізатора, адже використовувати її було просто, дешево та безпечно. Крім того, науковець побачив, що кислота здатна забезпечувати так званий асиметричний синтез. Якщо у класичному варіанті в результаті реакції формуються пари молекул із дзеркальними властивостями, в експериментах з проліном однієї варіації було більше, ніж іншої, що було зручно для подальшого використання.

Прискорений ефект

При цьому Девід Макміллан працював над покращенням каталізу за допомогою металів, але розчаровувався у перспективах методу. У лабораторії було реально захистити метали від вологи та кисню, але на виробництві завдання ставало нездійсненним. Тому науковець перейшов до створення простих органічних молекул (молекулами, що мають вуглецеву основу та містять низку інших поширених елементів, – ред.) та експериментів з ними. Виявилося, що чимало таких молекул може бути чудовими каталізаторами. При цьому молекули, як і у випадку з проліном, утворювалися асиметрично. 

Саме Макміллан придумав термін "органокаталіз" . А в подальші роки як він, так і Ліст відкрили чимало органічних каталізаторів, що зумовило міні-революцію на виробництві. Раніше процес потребував кількох етапів – після кожного треба було ізолювати і очищати проміжні продукти, – а завдяки органокаталізу кілька стадій стало реально пройти одна за одною, без перерв. Таким чином виробництво стало швидшим і чистішим. Також метод прискорив фармацевтичні дослідження – адже дзеркальні пари молекул інколи спричиняли вкрай небажані побічні ефекти препаратів. Асиметричний каталіз, відповідно, дозволив цього уникнути. 

Речовини, які раніше видобували з рідкісних рослин, почали запросто синтезувати. Крім того, простіші і давно відомі препарати почали синтезувати значно швидше.