Benjamin List (53 tuổi, người Đức) và David MacMillan (53 tuổi, người Anh) đã phát triển công cụ mới độc đáo để xây dựng phân tử, đó là xúc tác hữu cơ. Những ứng dụng của công cụ này bao gồm nghiên cứu các loại dược phẩm mới, đồng thời giúp hóa học trở nên thân thiện với môi trường hơn.
Do đó, chất xúc tác là công cụ cơ bản đối với các nhà hóa học. Giới nghiên cứu từ lâu cho rằng về nguyên tắc, chỉ có hai loại chất xúc tác là kim loại và enzyme. Benjamin List và David MacMillan được trao giải Nobel Hóa học 2021 do vào năm 2000, họ phát triển độc lập loại chất xúc tác thứ ba mang tên xúc tác hữu cơ bất đối xứng dựa trên những phân tử hữu cơ nhỏ.
Hai nhà khoa học chủ nhân giải thưởng Nobel Hóa học 2021. Ảnh: RSAS
Benjamin List băn khoăn liệu có cần tới toàn bộ enzyme để tạo chất xúc tác hay không. Ông kiểm tra xem một axit amin có tên proline có thể xúc tác phản ứng hóa học hay không. Kết quả là hợp chất này hoạt động rất tốt.
Trong khi đó, David MacMillan làm việc với chất xúc tác kim loại vốn dễ bị phá hủy bởi độ ẩm. Ông suy nghĩ liệu có thể phát triển chất xúc tác bền hơn bằng cách sử dụng phân tử hữu cơ đơn giản hay không. Một trong số những phân tử này rất hiệu quả trong xúc tác bất đối xứng.
Xúc tác hữu cơ bất đối xứng đã đưa xây dựng phân tử tới một tầm cao hoàn toàn mới. Công cụ này không chỉ khiến hóa học "xanh" hơn mà còn giúp sản xuất phân tử bất đối xứng trở nên dễ dàng hơn nhiều.
Xúc tác hữu cơ đã phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc. Sử dụng những phản ứng này, các nhà nghiên cứu giờ đây có thể xây dựng từ dược phẩm mới tới phân tử thu hút ánh sáng trong pin quang điện.
Thông cáo của Ủy ban giải thưởng viết, nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ngành công nghiệp phụ thuộc vào khả năng xây dựng phân tử của các nhà hóa học để tạo ra vật liệu đàn hồi và bền hơn, lưu trữ năng lượng trong bộ pin hoặc ức chế sự tiến triển của dịch bệnh. Điều này đòi hỏi chất xúc tác, hợp chất điều khiển và thúc đẩy phản ứng hóa học nhưng không nằm trong sản phẩm cuối cùng. Ví dụ, chất xúc tác ở xe hơi biến đổi hợp chất độc hại trong khí thải thành phân tử vô hại. Cơ thể người cũng chứa hàng nghìn chất xúc tác ở dạng enzyme.
Chất xúc tác hữu cơ có bộ khung nguyên tử carbon ổn định, cho phép nhiều nhóm hoạt chất bám vào. Những nhóm này thường chứa các nguyên tố phổ biến như oxy, nitrogen, lưu huỳnh hoặc phospho. Do đó, loại chất xúc tác này vừa thân thiện với môi trường vừa có chi phí sản xuất rẻ. Việc gia tăng sử dụng chất xúc tác hữu cơ chủ yếu do khả năng điều khiển xúc tác bất đối xứng của chúng. Trong quá trình xây dựng phân tử, tình huống phổ biến là hai phân tử khác nhau có thể hình thành. Các nhà hóa học thường chỉ muốn một phân tử trong số đó, đặc biệt khi sản xuất dược phẩm.
Minh họa chất xúc tác kim loại và chất xúc tác hữu cơ của David MacMillan. Nguồn: RSAS
Xúc tác hữu cơ đã phát triển ở tốc độ đáng kinh ngạc từ năm 2000. Benjamin List và David MacMillan vẫn là những nhà khoa học tiên phong trong lĩnh vực. Họ đã chứng minh có thể sử dụng chất xúc tác hữu cơ để điều khiển vô số phản ứng hóa học. Sử dụng những phản ứng này, giới nghiên cứu có thể xây dựng hiệu quả hơn mọi thứ từ dược phẩm mới tới phân tử thu hút ánh sáng trong pin quang điện. Theo cách đó, chất xúc tác hữu cơ đã mang lại lợi ích lớn lao cho nhân loại.
Benjamin List là tiến sĩ ở Đại học Goethe ở Frankfurt, Đức. Hiện ông là giám đốc Viện nghiên cứu than đá Max Planck ở Mülheim an der Ruhr, Đức.
David W.C. MacMillan lấy bằng tiến sĩ ở Đại học California, Irvine, Mỹ, hiện là giáo sư ở Đại học Princeton, Mỹ.
Mô phỏng khám phá về chất xúc tác của Benjamin List. Nguồn: RSAS
Từ năm 1901 đến năm 2020, đã có 112 giải Nobel Hóa học được trao cho 186 học giả. Frederick Sanger là học giả duy nhất hai lần đoạt giải Nobel Hóa học vào năm 1958 và 1980.
Giải Nobel Hóa học năm 2020 thuộc về hai nhà nghiên cứu Emmanuelle Charpentier (Pháp) và Jennifer A. Doudna (Mỹ) nhờ phát triển phương pháp chỉnh sửa gene.
Nobel là giải thưởng quốc tế do Quỹ Nobel tại Stockholm lập ra từ năm 1901 dựa trên tài sản của Alfred Nobel, nhà phát minh kiêm doanh nhân Thụy Điển.
Giải thưởng được trao thường niên cho những cá nhân và tổ chức có cống hiến nổi bật trong các lĩnh vực Y học, Hóa học, Vật lý, Văn học, Hòa bình. Năm 1968, Ngân hàng Trung ương Thụy Điển lập ra Giải thưởng của Ngân hàng Thụy Điển cho Khoa học kinh tế để tưởng nhớ Nobel, còn gọi là giải Nobel Kinh tế.
Mỗi giải thưởng gồm huy chương, bằng chứng nhận cá nhân và một khoản tiền thưởng. Từ năm 1901-2020, giải thưởng đã được trao 603 lần cho 962 cá nhân và tổ chức trên thế giới.
Phương Hoa - Đoàn Dương (Theo Nobel Prize)