Vì sao công trình đoạt giải Nobel Hóa học 2021 là phát hiện vĩ đại?

Được biết, Nobel Hóa học là giải thưởng thứ ba được công bố trong mùa giải Nobel năm 2021 và là giải Nobel Hóa học thứ 113 được trao kể từ năm 1901.

Vào lúc 16h45 ngày 6/10 (giờ Việt Nam), Viện Hàn lâm khoa học hoàng gia Thụy Điển vinh danh hai nhà khoa học Benjamin List (người Đức) và David MacMillan (người Mỹ) nhờ những đóng góp vào “phát triển một công cụ mới chính xác để xây dựng phân tử: xúc tác cơ quan. Điều này đã có tác động lớn đến nghiên cứu dược phẩm, và làm cho hóa học trở nên thân thiện với môi trường hơn”.

Theo Hội đồng Nobel, "Chất xúc tác không đối xứng" là một công cụ quan trọng, có độ chính xác cao để xây dựng các phân tử và nó có thể là có ảnh hưởng lớn tới nghiên cứu dược phẩm và khiến ngành hóa học trở nên “xanh” hơn, tiết kiệm và bền vững với môi trường hơn.

Thực tế, vào năm 1835, nhà hóa học người Thụy Điển Jacob Berzelius đã mô tả một hiện tượng trong đó một số chất nhất định có thể tạo ra một phản ứng hóa học. Những chất này được đặt tên là chất xúc tác. Kể từ đó, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều chất xúc tác có thể hình thành và phá vỡ các phân tử, tạo điều kiện cho các phát minh như nhựa, nước hoa và dược phẩm.

Công việc này đòi hỏi chất xúc tác, tức là các chất kiểm soát và thúc đẩy phản ứng hóa học mà không trở thành một phần của sản phẩm cuối cùng. Ví dụ, chất xúc tác trong ô tô chuyển hóa các chất độc hại ở khói xe thành các phân tử vô hại. Cơ thể chúng ta cũng chứa hàng nghìn chất xúc tác dưới dạng enzyme, tạo ra các phân tử cần thiết cho sự sống.

Do đó, chất xúc tác là công cụ cơ bản với các nhà hóa học, nhưng các nhà nghiên cứu từ lâu cho rằng về nguyên tắc, chỉ có hai loại chất xúc tác: kim loại và enzyme. Nhưng chất xúc tác tham gia vào việc sản xuất các phân tử mới dựa trên các kim loại nặng lại có thể gây ô nhiễm môi trường và dễ bị phá hủy bởi độ ẩm. Các kim loại quý được sử dụng làm chất xúc tác chẳng hạn như bạch kim thì phải được khai thác.

Vì thế, Benjamin List và David MacMilla trong năm 2000 đã phát triển một loại chất xúc tác thứ ba tiềm năng hơn: asymmetric organocatalysis (tạm dịch: chất xúc tác không đối xứng). Chất này dựa trên các phân tử hữu cơ nhỏ.

Chất xúc tác hữu cơ này có khung nguyên tử carbon ổn định mà các nhóm hóa chất linh hoạt hơn có thể gắn vào. Các chất này thường chứa các thành phần phổ biến như ôxy, nitơ, sunphua hoặc phốtpho. Điều này có nghĩa là các chất xúc tác này vừa thân thiện với môi trường và có chi phí sản xuất rẻ.

"Chất xúc tác không đối xứng" cũng dễ làm việc hơn nhiều: với sự trợ giúp của chúng, quá trình sản xuất có thể được thực hiện theo một trình tự liên tục. Từ đó, ít chất thải hóa học được tạo ra hơn.

Hiện Benjamin List và David MacMillan vẫn là hai người dẫn đầu trong lĩnh vực này và đã cho thấy "Chất xúc tác không đối xứng" có thể được sử dụng để thúc đẩy nhiều phản ứng hóa học. Sử dụng các phản ứng này, các nhà nghiên cứu giờ đây có thể xây dựng bất kỳ điều gì một cách hiệu quả hơn, từ dược phẩm mới cho tới các phân tử có thể giữ ánh sáng trong pin mặt trời. Như vậy, công nghệ chất hữu cơ bất đối xứng làm xúc tác đang mang tới lợi ích cho ngành sản xuất vật liệu toàn cầu.

MacMillan giải thích: "Nếu có thể nghĩ ra cách sản xuất thuốc nhanh hơn bằng các phương pháp hoàn toàn khác mà không cần đến xúc tác kim loại, thì quy trình dùng "Chất xúc tác không đối xứng" này sẽ an toàn hơn cho cả người lao động và hành tinh".

Còn Johan Åqvist, chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học cho biết: “Khái niệm xúc tác này đơn giản và đầy tiềm năng, và thực tế là nhiều người đã tự hỏi tại sao chúng ta không nghĩ ra nó sớm hơn”.

Thực tế, công việc của List và MacMillan đã giúp phát triển một loại thuốc để điều trị huyết áp cao và hợp lý hóa quy trình sản xuất các loại thuốc như paroxetine (Seroxat) điều trị trầm cảm và oseltamivir - hay được gọi là Tamiflu  được sử dụng để điều trị nhiễm trùng đường hô hấp.

"Tôi hy vọng nhờ sự công nhận này, chúng tôi sẽ tiếp tục khám phá những điều tuyệt vời khác", Benjamin List nói với các phóng viên sau khi được công bố là người chiến thắng.

Phillip Broadwith, biên tập viên kinh doanh của tạp chí Chemistry World nói với kênh CNN: “Đây là một thành phần hóa học quan trọng tuyệt vời và hai người này chắc chắn là những nhà đi đầu trong lĩnh vực đó”.

"Đây là chất hóa học rất cơ bản," Broadwith nói thêm. "Về bản chất, đó là việc tạo ra các phân tử và làm cho chúng hiệu quả hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và không có chất xúc tác kim loại, đây là vấn đề lớn nếu chúng được sản xuất trong dược phẩm".

HN Cheng, chủ tịch Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ cho biết giải thưởng này là một "sự công nhận xứng đáng" cho "một thành tựu lớn".

Được biết, Benjamin List sinh năm 1968 tại Frankfurt, Đức có bằng tiến sĩ năm 1997 tại Đại học Goethe Frankfurt, Đức và là Giám đốc Viện Max-Planck für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr, Đức.

Còn David WC MacMillan sinh năm 1968 tại Bellshill, Vương quốc Anh. Có bằng tiến sĩ vào năm 1996 tại Đại học California, Irvine, Hoa Kỳ. Hiện cũng là Giáo sư tại Đại học Princeton, Hoa Kỳ.

Giải thưởng danh giá cho cả hai đi kèm với huy chương vàng và 10 triệu kronor Thụy Điển (hơn 1,14 triệu USD) tiền mặt chia đều cho cả hai.