Нобелівська премія з хімії у 2021 році присуджена за асиметричний органокаталіз

                                   

    Лауреатами Нобелівської премії з хімії в 2021 році стали Бенджамін Лист (Німеччина) і Девід Макміллан (США). Премія присуджена за розвиток асиметричного органокаталіза.

    У 20-му столітті вважалося, що існує всього два типи каталізаторів - речовин, що прискорюють хімічні реакції: метали і ферменти. Незалежно один від одного Лист і Макміллан розробили новий спосіб побудови молекул - асиметричний органокаталіз, заснований на малих органічних молекулах. На його основі ведуться дослідження нових фармацевтичних препаратів, крім того, він допомагає зробити хімію більш екологічною, йдеться в прес-релізі Нобелівського комітету. Роботи обох лауреатів побачили світ у 2000-му році.

    "Органокаталіз розвивається з вражаючою швидкістю. Використовуючи такі реакції, дослідники можуть тепер більш ефективно створювати що завгодно, починаючи від нових фармацевтичних препаратів до молекул, які можуть поглинати світло в сонячних батареях", - наголошується в ньому.

    Лист зрозумів, що одна з найменших амінокислот - пролін - може працювати каталізатором сама по собі. В ході свого дослідження він зауважив, що деякі каталізатори мають відношення до двох типів. В одних клітинах людини є ферменти з атомом металу там, де йде реакція. В інших ферментах відбувається реакція без нього, обходячись діями амінокислот. Таким чином, був зроблений висновок, що амінокислоти можна виділити з молекули ферменту і вони залишаться каталізаторами.

    Макміллан спочатку працював з каталізаторами, де в основі були атоми металів. Він прагнув зробити так, щоб ферменти прискорювали певну реакцію, тобто були специфічні. Однак знайдені умови були не дуже зручними для промисловості. Це спонукало Макміллана зайнятися невеликими органічними молекулами: він замінив атом металу в каталізаторі на йон імінію. Так учений дійшов тих самих висновків, що і його колега.

    Серед переваг таких каталізаторів не тільки дешевизна, але і те, що вони вміють працювати в ланцюжку, тобто скорочувати час на виробництво складних органічних молекул. Крім того, завдяки своїй специфічності вони дозволяють отримувати тільки потрібний ізомер речовини - тому органокаталіз і назвали асиметричним - і це буває дуже важливо, наприклад, в тих випадках, коли ліки існує в двох дзеркальних формах, але працює безпосередньо ліками тільки в одній. 

Джерело: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2021/popular-information/

Мармеладки у вигляді білків допоможуть сліпим дітям вивчати хімію

    Американські хіміки створили їстівні і неїстівні тривимірні моделі дев'яти різних білків, які можна безпечно обмацувати ротом. У перспективі такі матеріали допоможуть дітям зі слабким зором вивчати хімію. У роботі, опублікованій в журналі Science Advances, вчені протестували моделі на зрячих студентах і школярах, а також на хлопчику з ретинобластомою - сині одного з авторів дослідження. Як повідомляють автори, учасники добре розпізнали моделі різних білків один від одного.

    Близько 36 мільйонів людей у ​​всьому світі позбавлені зору і ще 216 мільйонів мають серйозні проблеми із зором. З них 1 мільйон сліпих дітей. Слабозорі школярі і студенти стикаються з труднощами у вивченні наук.

    Навчання сліпих і слабозорих дітей вимагає задіяння інших органів чуттів, і дотик пальцями - не єдиний варіант. Дослідження показують, що тактильна чутливість язику більша, ніж у кінчиків пальців. Однак навчальних матеріалів, які можна було б покласти в рот, поки не існує.

Нобелівську премію з хімії за 2019 рік присуджено за розробку літій-іонних батарей

Нобелівської премії з хімії за 2019 рік удостоєні Джон Гуденоф і Стенлі Уіттінхем з США, а також японець Акіра Йосіно.

Вища міжнародна наукова нагорода присуджена "за розробку літій-іонних батарей".

"Ця легка і потужна батарея, що перезаряджується, сьогодні використовується у всьому, від мобільних телефонів до ноутбуків і електроавтомобілів", - вказав Нобелівський комітет. Крім того, такий тип батарей має можливість збереження значної кількості енергії, одержуваної від сонця і вітру, що дозволяє звільнитися від використання викопних видів енергоносіїв.

Нобелівську премію з хімії дали за методи створення нових ферментів та антитіл. Як це працює і де застосовується?

     Нобелівську премії з хімії у 2018 році присудили трьом дослідникам: Френсіс Арнольд, Джорджу Сміту і Грегорі Вінтер.

     Якщо коротко, премію дали за відкриття методів, завдяки яким стало можливим змінювати ферменти і створювати нові антитіла.

     Перший метод називається «спрямована еволюція ферментів». Наприклад, у вас є якийсь фермент, який закодований у певному гені, і ви хочете, щоб він працював ще краще або трохи по-іншому. Наприклад, щоб він щось робив не з глюкозою, як зазвичай, а зі спорідненою молекулою - галактозою. Ми не знаємо, як саме нам потрібно для цього змінити фермент, варіантів дуже багато. Але ми знаємо, в якій частині ферменту повинні відбутися ці зміни. Тому ми діємо, по суті, банальним підбором: складаємо бібліотеки, в яких зібрані різні варіанти цього гена - з різними мутаціями, які, відповідно, призводять до змін у білку. Ми заганяємо цей ген у бактерію і змушуємо її виробляти потрібний фермент. Система організована так, що, якщо клітина з цим геном не може робити те, що потрібно, вона гине (таких, до речі, буде більшість). Потім можна використовувати антибіотики або токсичні речовини, що спровокують нові мутації, які допомагають пристосуватися до таких умов. У підсумку в живих залишаться тільки ті бактерії, які виробляють найефективніші в потрібній нам області ферменти. Тобто це еволюційний процес, тільки систему відбору створюють самі вчені.

     Другий метод, за який дали премію, - фаговий дисплей. Одна з областей його використання - спрямована еволюція щодо антитіл. Тільки тут використовуються не бактерії, а бактеріофаги - віруси, які можуть заражати бактерії. У них на поверхні є білки, і туди можна вбудувати будь-який за розміром шматок іншого білка. Наприклад, функціональну частину антитіл.

     У антитіл є незмінна частина і функціональна. Функціональна частина зв'язується з тими речовинами, на яких спеціалізуються антитіла. Тобто якщо ми вбудовуємо в бактеріофаг таку частину антитіла, то він теж зможе зв'язуватися з потрібною речовиною. Якщо у нас є ця речовина і потрібно до нього підібрати антитіло, ми теж діємо методом підбору. Ми створюємо бібліотеку з генами, які кодують різні варіанти функціональних частин антитіла, вбудовуємо їх в бактеріофаг і дивимося, який зв'язується з токсином або чимось ще, що нам потрібно. Якщо потрібна ділянка антитіла знайшлася, ми можемо працювати над тим, щоб він краще зв'язувався з тим, на що націлений. Для цього можна вносити невеликі зміни, тобто провокувати точкові мутації гена. Далі вже потрібно буде перевірити ці нові антитіла на специфічність: чи не зв'язуються вони з якимись іншими речовинами. Інакше в організмі вони можуть виявитися токсичними.

Яка користь від цих методів?

     Нові ферменти допомагають прискорити процеси й очистити продукт від побічних ефектів, які іноді виникають під час хімічної реакції. Їх використовують в хімічній і фармацевтичній промисловості. З їх допомогою створюють біопаливо, миючі засоби, реагенти і ліки (наприклад, для зниження рівня холестерину).

     Завдяки фаговому дисплею у нас з'явилися різні препарати з групи моноклональних антитіл. Наприклад, проти аутоімунних захворювань - ревматоїдного артриту та псоріазу.

Джерело: https://meduza.io/feature/2018/10/03/nobelevskuyu-premiyu-po-himii-dali-za-metody-sozdaniya-novyh-fermentov-i-antitel-kak-eto-rabotaet-i-gde-primenyaetsya

Нобелівську премію з хімії вручать за кріоелектронну мікроскопію

   Шведська королівська академія наук оголосила лауреатів Нобелівської премії з хімії 2017 року. Премія буде вручена Жаку Дюбоше, Іоахіму Франку і Річарду Хендерсону з формулюванням «за розвиток кріоелектронної мікроскопії високого вирішення для визначення структури біомолекул в розчинах».

  Кріоелектронная мікроскопія - це форма електронної мікроскопії, в якій зразок досліджується при кріогенних температурах (зазвичай в рідкому азоті). Завдяки такому мікроскопу вчені можуть спостерігати за живими биомолекулами і вивчати тривимірні зображення білків в клітинах. 

  Дослідження структури білка таким методом полягає в наступному. На першому етапі розчин білка заморожують, створюючи дуже тонкий шар, близько 100 нанометрів - так, що молекули білка не заступають одна одну при погляді зверху вниз. Потім за допомогою електронного мікроскопа вчені отримують зображення цього тонкого шару, що містить сотні тисяч фотографій білка в різних «ракурсах». На останньому етапі ці зображення склеюють між собою в єдиний тривимірний об'єкт, з якого можна визначити структуру білка, надзвичайно важливу для розробки нових ліків або для розуміння як працюють наші клітини.

     Річард Хендерсон став першим вченим, який отримав за допомогою кріоелектронної мікроскопії структуру білка з атомарним вирішенням. Жак Дюбоше - автор методу отримання мономолекулярної плівки, з якої відбувається зйомка фотографій. Йоахім Франк розробив методику обробки зображень і створення саме кінцевої структури білка.

     Зараз метод кріоелектронної мікроскопії активно використовується вченими. Наприклад, з його допомогою було встановлено структуру поверхні вірусу Зика, різних білків, в тому числі тих, що пізнають початок гену, контролюють циркадні ритми, забезпечують чутливість клітин до тиску.

Вчені створили найменше в світі дзеркало з 2000 атомів Цезію.

     Дослідникам з Університету П'єра і Марі Кюрі вдалося створити дзеркало молекулярного масштабу, задіявши всього 2000 атомів. Результати роботи були описані в виданні Physical Review Letters.

     Для отримання нанозеркала команда скористалася тонким оптичним волокном, об'єднавши його з ланцюжком атомів Цезію. Завдяки ретельному розміщенню у правильному положенні атомів Цезію, які відбивають світло, були досягнуті такі малі розміри.

     Розташувавши кілька дзеркал в правильному порядку, вдалося навіть тимчасово «утримати» світло. Таким чином, отримана структура зможе використовуватися для отримання і зберігання оптичних імпульсів, виступаючи в ролі своєрідного оптичного пристрою, що запам'ятовує. Винахід може знайти застосування в оптичних схемах і комп'ютерах майбутнього, які цілком можуть виявитися швидше і ефективніше нинішніх електричних ланцюгів.

Хіт-парад сполук, отриманих у 2016 році, будова та властивості яких особливо унікальні та дивовижні.

     Майкл Інкпен, Ніколас Лонг і Тім Альбрехт з Імперського Коледжу Лондона зв'язали кілька молекул ферроцену один з одним та синтезували новий ферумовмісний макроцикл, що нагадує колесо огляду. Наноцикли, що містять від п'яти до дев'яти ферроценових структурних ланок, проявляють активність в окисно-відновних реакціях і можуть використовуватися для розпізнавання і зв'язування йіонів, а також для застосування в молекулярній електроніці.

(Nat. Chem. 2016, DOI: 10.1038/nchem.2553).

     Клаус-Річард Поршке повідомляє про нову молекулу, в якій йон Цезію одночасно координований з рекордною кількістю атомів Флуору - шістнадцятьма атомами, що входять до складу п'яти аніонів 
[H₂NB₂(C₆F₅)₆]. Цей рекорд, швидше за все, вже не вдасться побити.

(J. Am. Chem. Soc. 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b02590).

     Хіміки, які працювали під керівництвом Тома Нігельса, з Технічного Університету Мюнхена повідомляють про перший приклад неорганічної сполуки, самоорганізованої у подвійну спіраль. Напівпровідниковий матеріал SnIP є ланцюжком станум йодиду (елементарна ланка - SnI⁺), переплетену з ланцюгом фосфід-аніону (P^-).

     Нільгес із співавторами визначили, що стійкість подвійної спіралі SnIP забезпечують неміцні взаємодії, що виникають між неподіленими електронними парами Фосфору і вакантними орбиталями Стануму. Координаційні взаємодії між неорганічними спіралями виходять міцніше, ніж водневі зв'язки в подвійному ланцюгу ДНК, - вони обумовлюють високу стійкість SnIP до механічного впливу.

(Adv. Mater. 2016, DOI: 10.1002/adma.201603135)

     Александер Хінц з Оксфорда і Аксель Шульц з Університету Ростока отримали ациклічну сполуку, що містить унікальний ланцюг з чотирьох пніктогенів Sb-N-As=P (елементи родини Нітрогену). Вони не виключають можливості приєднання до цього ланцюжка ще й Вісмуту, і, якщо це вдасться - буде отримана перша речовина, в структурному елементі якої будуть присутні всі п'ять елементів однієї групи Періодичної системи.

(Chem. Eur. J. 2016, DOI: 10.1002/chem.201601916)

     Орто-етинілбензольний діаніон, синтезований Бервіком Поадом в ході газофазного експерименту, найсильніша із отриманих на цей час основа. Основність діаніона така, що в газовій фазі він депротонує бензол. 

     Ще одна речовина-рекордсмен синтезована Клаусом Мюленом. Це похідне бензолу, яке на даний момент є рекордсменом серед електронейтральних молекул, що містять тільки ковалентні зв'язки.

(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, DOI: 10.1002/anie.201508249)

Платина з негативним зарядом

  Дослідники із Сполучених Штатів Америки отримали в кристалічному стані першу подвійну інтерметалічну сіль, в якій на платині локалізований негативний заряд.

      Сполуку складу Cs₉Pt₄H (цезій платинід-гідрид, caesium platinide hydride) відкрили фахівці з хімії матеріалів Володимир Сметана та Аня-Верена Мудрінг з лабораторії Еймса при Міністерстві енергетики США. Цезію платинід-гідрид є першим прикладом сполуки, що складається з трьох елементів, в якому платина має ступінь окиснення -2:  
Cs⁺¹₉Pt^-2₄H^-1

   Відомо достатню кількість гідридів, до складу яких входять лужні метали, платина і водень, проте в складі цих речовин платина має позитивний ступінь окиснення і несе позитивний заряд. До теперішнього часу приклади речовин, в яких є негативно заряджені йони металів, вкрай рідкісні.

  Сполуку Cs₉Pt₄H було виділено у вигляді кристалів вишнево-червоного кольору, для його отримання використовували реакцію платини з металевим цезієм і цезій гидридом. Вивчення цезій платинід-гідриду за допомогою ЯМР-спектроскопії і квантовохімічного моделювання підтвердило його будову і розподіл зарядів.

Джерело: http://www.chemport.ru/datenews.php?news=4202

Наноавтомобіль, молекулярний ліфт та штучні м'язи - названі лауреати Нобелівської премії з хімії 2016 року

    

Різноманітні механізми та машини невід'ємно супроводжують людство на всьому шляху його розвитку, допомагаючи виконувати завдання, які лежать за межами людських можливостей. Однак крім великих, звичних для нас апаратів, розробляються ще й машини в форматі «мікро» - наприклад, штучні м'язи або мікроскопічні мотори. За розробку таких молекулярних машин і присуджена Нобелівська премія 2016 галузі хімії.

Ізотопи свинцю розкажуть про водопровід Римської імперії

     Визначення ізотопного складу свинцю в шарах осадових порід в околицях Неаполя дозволило дослідникам відстежити, як згодом змінювалося розташування римських поселень і системи труб, що забезпечували ці поселення водою.

 Білі лінії показують, яким чином будувався акведук, що забезпечував водою римські містечка, розташовані в неаполітанській затоці.

Таблиця Менделєєва поповнилася чотирма новими хімічними елементами

      Міжнародним союзом теоретичної та прикладної хімії IUPAC верифіковані хімічні елементи з атомними номерами 113, 115, 117 та 118. Тепер вони офіційно внесені у Періодичну систему хімічних елементів. До цих пір ці елементи мали не зовсім вишукані «робочі» назви Унунтрій (Uut), Унунпентій (Uup), Унунсептій (Uus) и Унуноктій (Uuo), але впродовж найближчих п’яти місяців першовідкривачі елементів зможуть дати їм нові, остаточні імена. 

     Таким чином, на сьогоднішній день верифіковані всі елементи сьомого періоду таблиці. У 2011 році до неї були додані 114-й і 116-й елементи, названі Флеровій та Ліверморій. 

          Першовідкривачами трьох з чотирьох нових елементів - 115-го, 117-го і 118го - визнано російських вчених з Об'єднаного інституту ядерних досліджень у Дубні, а також їхніх американських колег з Ліверморської національної лабораторії в Каліфорнії й Окриджської національної лабораторії в Теннесі. Право відкриття 113-го елемента, за рішенням IUPAC, визнано за японськими вченими з Інституту природничих наук RIKEN. Скоріше всього, цей елемент отримає назву Японій, як перший елемент, відкритий вченими цієї країни. 

      Нові елементи, що поповнюють таблицю, синтезуються штучно: у природі зустрічаються хімічні елементи з кількістю протонів в ядрі не вище 92 (Уран). Елементи, що мають кількість протонів в діапазоні від 93 до 100, можна отримати в реакторах, а решта - на прискорювачах частинок. Повна версія таблиці включає 126 елементів, у тому числі елементи 121-126, які ще не були синтезовані.

Нобелівський комітет в Стокгольмі назвав лауреатів премії в галузі хімії

Нобелівськими лауреатами з хімії стали дослідники механізму відновлення ДНК. Премію отримали Томас Ліндаль, Пол Модріч і Азіз Санкар. Репарація ДНК являє собою особливу функцію клітин, яка полягає в їх здатності виправляти хімічні пошкодження і розриви в молекулах ДНК.