• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nobel z chemii - za ulepszenie syntezy związków węgla

    06.10.2010. 15:11
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Nagrodę Nobla z chemii otrzymali w tym roku Amerykanin Richard Heck oraz Japończycy Ei-ichi Negishi i Akira Suzuki, którzy opracowali nowe metody syntezy związków organicznych. Chemia związków węgla - chemia organiczna - to najobszerniejszy z działów chemii. Dzięki białkom, kwasom nukleinowym, węglowodanom, kwasom tłuszczowym - możliwe jest życie. Związki węgla nadają barwy kwiatom, są składnikami jadu węża i antybiotykami zwalczającymi bakterie. Tworzą ogromne cząsteczki, a całkowita liczba związków organicznych jest trudna do wyobrażenia.

    Jednak także zapotrzebowanie na nowe związki węgla wydaje się nieograniczone. Potrzebujemy nowych środków leczących nowotwory, zwalczających wirusy czy bakterie, świecących tworzyw sztucznych, pestycydów chroniących plony. Takie związki można znaleźć w naturze - na przykład morskie gąbki Discodermia zawierają związek o właściwościach przeciwnowotworowych, a jad morskiego ślimaka - stożka uśmierza ból. Problemem pozostaje odtworzenie takich substancji w laboratorium i wytwarzanie ich w przemysłowych ilościach.

    Dzięki tegorocznym laureatom chemicy na całym świecie zyskali nowe możliwości zarówno odtwarzania istniejących związków, jak i tworzenia zupełnie nowych.

    Cząsteczkom chemicznym stabilność nadaje "szkielet" z połączonych mocnymi wiązaniami atomów węgla. Jednak łączenie poszczególnych atomów węgla nie jest łatwym zadaniem - niechętnie reagują ze sobą. Pierwsze ze stosowanych metod opierały się na zwiększaniu jego reaktywności. Prace nad syntezą cząsteczek organicznych już pięciokrotnie nagradzano Noblem. Tak było z reakcją Grignarda (Nobel 1912), reakcją Dielsa-Aldera (1950), Wittiga (1979) czy wreszcie reakcją metatezy olefin (2005).

    Jednak dzięki wcześniej opracowanym reakcjom udawało się otrzymywać tylko proste cząsteczki. Próby syntezy bardziej skomplikowanych związków prowadziły do powstawania zbyt dużych ilości produktów ubocznych.

    Rozwiązaniem jest zastosowanie odpowiednich katalizatorów - substancji ułatwiających i przyspieszających reakcje chemiczne. Ich działanie można porównać do relacji międzyludzkich. Jeśli dwie osoby dojeżdżają do pracy tym samym autobusem, po jakimś czasie mogą się poznać - ale może to zabrać całe lata. Gdy spotkają wspólnego znajomego, reakcja przebiega natychmiast.

    W przypadku tworzenia wiązań pomiędzy atomami węgla (C-C) rozwiązaniem okazało się wykorzystanie palladu, szlachetnego metalu podobnego do platyny, choć bardziej miękkiego, lżejszego i tańszego od niej. Pallad stosowany jest miedzy innymi jako składnik stopu do wyrobu protez dentystycznych oraz do powlekania srebrnej biżuterii (ponieważ nie ciemnieje). Jednak najważniejszym zastosowaniem okazała się właśnie synteza organiczna.

    W latach 50. XX wieku niemiecka firma Wacker zaczęła stosować pallad do katalizy prostej reakcji - przetwarzania etylenu w aldehyd octowy, ważny surowiec do produkcji plastików i farb. Pracujący wówczas dla amerykańskiej firmy chemicznej z Delaware Richard Heck zainteresował się niemieckimi osiągnięciami i wykorzystał pallad do innych syntez - najpierw styrenu, później innych zwiazków. Dziś dzięki reakcji Hecka można produkować na przykład lek przeciwzapalny naproksen czy stosowany w leczeniu astmy - montelukast.

    Inne reakcje krzyżowego sprzęgania (cross-coupling) to wykorzystująca właściwości cynku reakcja Negishi i reakcja Suzuki, w której ważną role odgrywa bor. Atom palladu sprawia, że zwykle niechętne połączeniom atomy węgla tworzą trwałą więź. Dzięki takim reakcjom powstają zarówno leki, jak związki ważne dla przemysłu i rolnictwa - jak środek grzybobójczy, którego setki tysięcy ton powstaje we w reakcji Suzuki. Reakcje krzyżowego sprzęgania nie wymagają ekstremalnych warunków i pozwalają na bardzo dużą precyzję.

    Wiosną tego roku ogłoszono odkrycie łączące tegoroczną nagrodę Nobla z fizyki z Noblem z chemii. Okazało się, że utworzony z grubej na jeden atom warstwy węgla "arkusz" grafenu domieszkowany palladem można wykorzystać do przeprowadzenia reakcji Suzuki w wodzie. PMW

    PAP - Nauka w Polsce

    tot/ jra/bsz

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Reakcja pericykliczna – typ reakcji chemicznej, podczas której stan przejściowy ma geometrię cykliczną, a sama reakcja przebiega w sposób uzgodniony (nazywany także skoordynowanym). Zwykle tego rodzaju reakcje mają miejsce w przypadku związków organicznych. Istnieje wiele rodzajów tych reakcji, w zależności od dokładnego mechanizmu można je podzielić w następujący sposób: Reakcja złożona – reakcja chemiczna, w której można wyodrębnić dwie lub więcej różnych reakcji elementarnych, nazywanych również prostymi lub izolowanymi (np. rozpad określonych związków chemicznych lub reakcje zachodzące w wyniku zderzenia cząsteczek dwóch lub trzech związków, wchodzących w skład mieszaniny reagentów). Równanie reakcji złożonej jest sumą odpowiednich równań reakcji elementarnych – wyraża bilans masy (zobacz – stechiometria), a nie ilustruje mechanizmu reakcji. Wyrażenie określające wartość stałej równowagi reakcji złożonej jest liniową kombinacją wyrażeń dotyczących reakcji elementarnych. Opisy kinetyki opiera się również na znajomości równań kinetycznych reakcji elementarnych. Eiichi Negishi (jap. 根岸英一 Negishi Eiichi, ur. 14 lipca 1935 w Xinjing)japoński chemik, przez większość kariery związany z Purdue University. Opisał reakcję znaną obecnie jako reakcja (sprzęganie) Negishiego. Uhonorowany Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 2010 roku za reakcje sprzęgania przy użyciu katalizatorów palladowych w syntezie organicznej, wspólnie z Richardem F. Heckiem i Akirą Suzuki.

    Chemia organiczna – dziedzina chemii zajmująca się badaniem budowy, właściwości oraz reakcji związków chemicznych zawierających węgiel, a także opracowywaniem różnorodnych metod syntezy tych połączeń. Ponadto związki organiczne zawierać mogą atomy innych pierwiastków, takich jak wodór, tlen, azot, fosfor, krzem oraz siarka. Stechiometria – dział chemii zajmujący się stosunkami ilościowymi przemian związków chemicznych zachodzących w czasie reakcji chemicznych. Analiza stechiometryczna obejmuje:

    Reakcja Wurtza-Fittiga, reakcja Fittiga – odmiana reakcji Wurtza pozwalająca na wprowadzanie podstawników alkilowych do związków aromatycznych oraz syntezę symetrycznych związków biarylowych: Chemiczna analiza jakościowa, to zespół technik umożliwiających poznanie składu chemicznego badanych mieszanin związków chemicznych. Zazwyczaj wykorzystuje się charakterystyczne reakcje chemiczne dla poszczególnych grup związków.

    Preparatyka chemiczna – dział chemii, obejmujący szczegółowe opisy metod laboratoryjnego otrzymywania związków chemicznych lub preparatów chemicznych (mieszanin związków), w tym opisy wykorzystywanych reakcji chemicznych, np. (syntez organicznych, stosowanej aparatury laboratoryjnej, metod wyodrębniania pożądanych produktów z mieszanin z nieprzereagowanymi substratami oraz ich oczyszczania (np. adsorpcja, chromatografia preparatywna, ekstrakcja, destylacja, destylacja z parą wodną, krystalizacja i rekrystalizacja, resublimacja). Reakcja charakterystyczna – w chemii analitycznej reakcja chemiczna umożliwiająca łatwą identyfikację określonego indywiduum chemicznego (atomu, jonu, grupy funkcyjnej, grupy związków chemicznych). Reakcje charakterystyczne prowadzą zwykle do zmiany barwy roztworu lub jego zmętnienia.

    Sole diazoniowe – grupa organicznych związków chemicznych o wzorze ogólnym ArN2X, powstających w reakcji pierwszorzędowych amin aromatycznych z kwasem azotawym. Związki diazoniowe są niezwykle przydatne w reakcjach syntezy wielu związków organicznych.

    Kwasy humusowe (kwasy próchnicowe) – mieszanina wielkocząsteczkowych związków organicznych o zmiennym składzie (w zależności od składu materii organicznej, z której powstają) i charakterze kwasowym, wchodzących w skład próchnicy glebowej i roztworów wód naturalnych. Tworzą się one w biochemicznych procesach rozkładu związków organicznych budujących żywe organizmy. Budowa tych wyjątkowo skomplikowanych związków nie jest jeszcze do końca poznana, dlatego najczęściej rozpatruje się je na zasadzie różnic pomiędzy różnymi rodzajami tych substancji. Wyróżnia się dwie podstawowe grupy tych związków, kwasy fulwowe oraz huminowe:

    Dodano: 06.10.2010. 15:11  


    Najnowsze