جایزه نوبل شیمی 2021 به بنجامین لیست و دیوید مک میلان به پاس نوآوری آن ها برای “توسعه ارگانوکاتالیست نامتقارن” اهدا شد. دانشمند آلمانی، بنجامین لیست از موسسه ماکس پلانک، و دانشمند اسکاتلندی الاصل دیوید مک میلان از دانشگاه پرینستون، مستقل از یکدیگر، نوع جدیدی از کاتالیزور را توسعه دادند.
کاتالیزور ماده ای است که واکنش شیمیایی را سرعت می بخشد، بدون آن که در واکنش کلی مصرف شود (در پایان از نظر شیمیایی بدون تغییر باقی می‌ماند). همه کاتالیزورها قبل از سال 2000 به یکی از دو گروه فلزات و آنزیم ها تعلق داشتند. فلزات اغلب به شکل کارآمدی به عنوان کاتالیزور عمل می کنند، زیرا می توانند به راحتی به واکنش دهنده ها الکترون بدهند یا الکترون بگیرند. هرچند تحمل کمی نسبت به اکسیژن و رطوبت داشته و همچنین گران هستند. علاوه بر این، برخی از کاتالیزورهای فلزی، «فلزات سنگین» سمی هستند که بر محیط زیست و سلامت افراد تأثیر منفی می‌گذارند.
نوع دوم کاتالیزورها، کاتالیزورهای زیستی بوده که به آنزیم ها معروف هستند. آنزیم ها پروتئین هایی هستند که واکنش های بیوشیمیایی را کاتالیز می کنند. همه موجودات زنده برای سنتز و تجزیه واکنش ها به این مولکول های زیستی نیاز دارند. آنزیم ها، کاتالیزورهایی هستند که بسیار گزینشی عمل می کنند، به این معنی که می توانند یک ماده واحد به نام سوبسترا را از بین هزاران ترکیب دیگر انتخاب کنند.
ارگانوکاتالیست یا کاتالیزور آلی، مولکول های آلی کوچک هستند که برای کاتالیز واکنش های آلی استفاده می شوند. این روش به عنوان یک ابزار جدید و بنیادی به ویژه در سنتز مولکول های کایرال به کار گرفته می شود. اوایل سال 2000 بود که مفهوم ارگانوکاتالیست در دو مقاله مطرح شد و به عنوان یک زمینه تحقیقاتی مؤثر معرفی گردید: یک مقاله از بنجامین لیست و گروه تحقیقاتی او در مورد کاتالیز انامین، و مقاله دیگر از دیوید مک میلان و گروه تحقیقاتی او در مورد کاتالیز ایمینیوم.
در مقایسه با فلزات و آنزیم ها، ارگانوکاتالیست دارای چندین برتری است:
– اول، این مولکول‌های آلی به اکسیژن و رطوبت حساس نیستند، بنابراین نیازی به استفاده از تجهیزات ویژه، تکنیک‌های آزمایشی پیچیده و معرف‌های خشک نیست.
– دوم، مولکول‌های آلی گوناگونی (مانند اسیدهای آمینه، کربوهیدرات‌ها و اسیدهای هیدروکسی) وجود دارند که می‌توان آن ها را به طور طبیعی از مواد زیستی به دست آورد. بنابراین ارزان و در دسترس هستند، حتی زمانی که در تولید صنعتی با مقیاس های بزرگ به کار گرفته می شوند.
– سوم، این مولکول های آلی کوچک سمی نیستند. این باعث می شود که ایمن و سازگار با محیط زیست باشند.
ارگانوکاتالیست ها از چندین جهت توجه گروه های تحقیقاتی را به خود جلب کردند. در پروژه های سنتز گوناگون از آن ها استفاده شد و در واکنش های نامتقارن از خود برتری هایی را نشان دادند. بیشترین کاربرد ارگانوکاتالیست ها در شیمی دارویی بوده است. ارگانوکاتالیست ها در تحقیقات دانشگاهی و شرکت های دارویی برای ساخت داروهای جدید بسیار مورد استفاده واقع شده اند.
در واقع این نوآوری عظیم زمینه دانش کاتالیزور را دگرگون کرد و بینش جدیدی را در مورد سنتز شیمیایی به ارمغان آورد.