Giải Nobel Hóa học năm 2021 thuộc về hai nhà khoa học Benjamin List (người Đức) và David MacMillan (người Mỹ) với công trình khoa học nghiên cứu sự phát triển chất hữu cơ bất đối xứng làm xúc tác.

Ông Benjamin List sinh năm 1968 ở Frankfurt (Đức), có bằng tiến sĩ năm 1997 tại Trường Đại học Goeth và là Giám đốc Viện Max-Planck-Institut für Kohlenforschung. Trong khi đó, ông David W.C. MacMillan sinh năm 1968 ở Bellshill (Anh), có bằng tiến sĩ năm 1996 tại Trường Đại học California (Mỹ).

Công trình nghiên cứu đã mang đến cho hai nhà khoa học giành giải Nobel Hóa học có liên quan tới phương thức khởi tạo phân tử mới, sử dụng phương thức xúc tác hữu cơ không đối xứng (asymmetric organocatalysis) hoàn toàn mới. Phát hiện này có tác động lớn đến nghiên cứu dược phẩm và giúp hóa học trở nên “xanh” hơn.

Nhiều lĩnh vực và ngành nghiên cứu phụ thuộc vào khả năng của các nhà hóa học trong việc tạo ra các phân tử có thể tạo thành vật liệu đàn hồi và bền, tích trữ năng lượng trong pin hoặc ức chế sự tiến triển của bệnh tật. Công việc này cần chất xúc tác, là những chất kiểm soát và đẩy nhanh các phản ứng hóa học, nhưng không trở thành một phần của sản phẩm cuối cùng. Ví dụ, chất xúc tác trong ô tô biến đổi các chất độc hại trong khói thải thành các phân tử vô hại. Cơ thể người cũng chứa hàng ngàn chất xúc tác dưới dạng các enzym, giúp tạo ra các phân tử cần thiết cho sự sống.

Do đó, chất xúc tác là công cụ cơ bản của các nhà hóa học, nhưng các nhà nghiên cứu từ lâu đã nhận định rằng về nguyên tắc, chỉ có hai loại chất xúc tác có sẵn: kim loại và enzym. Benjamin List và David MacMillan được trao giải Nobel Hóa học 2021 vì vào năm 2000 họ đã độc lập phát triển loại xúc tác thứ 3. Loại xúc tác này là xúc tác bất đối xứng (asymmetric organocatalysis) được xây dựng dựa trên các phân tử hữu cơ nhỏ.

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

Chất xúc tác hữu cơ có kết cấu ổn định của nguyên tử cacbon, mà các nhóm hóa học hoạt động hơn có thể gắn vào. Chúng thường chứa các nguyên tố phổ biến như oxy, nitơ, lưu huỳnh hoặc phốt pho. Điều này có nghĩa là những chất xúc tác này vừa thân thiện với môi trường vừa rẻ để sản xuất.

Sự mở rộng nhanh chóng trong việc sử dụng các chất xúc tác hữu cơ chủ yếu là do khả năng thúc đẩy xúc tác không đối xứng của chúng. Khi các phân tử đang được tạo ra, những tình huống thường xảy ra trong đó hai phân tử khác nhau có thể hình thành, giống như bàn tay con người là hình ảnh phản chiếu của nhau. Các nhà hóa học thường chỉ muốn một trong số những chất này, đặc biệt là khi sản xuất dược phẩm.

Nghiên cứu về quy trình xúc tác hữu cơ đã được đẩy mạnh kể từ năm 2000. Benjamin List và David MacMillan vẫn là những nhà khoa học dẫn đầu trong lĩnh vực này, và đã chỉ ra rằng các chất xúc tác hữu cơ có thể được sử dụng để thúc đẩy nhiều phản ứng hóa học. Bằng cách sử dụng những phản ứng này, các nhà nghiên cứu giờ đây có thể tạo ra bất cứ thứ gì hiệu quả hơn từ dược phẩm mới đến các phân tử có thể thu nhận ánh sáng trong pin mặt trời. Bằng cách này, các chất xúc tác hữu cơ đang mang lại lợi ích lớn nhất cho loài người.

Nguồn: VISTA