Nobel Ödülü Başarılarına Yatırım Yapmak – Asimetrik Organokataliz

Nobel Ödülü Tarihi

Nobel Ödülü bilim dünyasının en prestijli ödülüdür. Buna göre oluşturuldu Bay Alfred Nobel'in vasiyeti ödül vermek”Geçtiğimiz yıl insanlığa en büyük faydayı sağlayanlara”fizikte, kimyada, fizyolojide veya tıpta, edebiyatta ve barışta.

Daha sonra İsveç merkez bankası tarafından iktisat bilimleri için resmi olarak İktisadi Bilimler Ödülü olarak adlandırılan ve genellikle daha çok Nobel İktisat Ödülü olarak bilinen altıncı bir ödül oluşturulacaktı.

Ödülün kime atfedileceği kararı birçok İsveç akademik kurumuna aittir.

Eski Kaygılar

Nobel Ödülü'nü oluşturma kararı, bir Fransız gazetesinin kardeşinin ölüm haberini yanlış anlayan bir hatasının ardından, kendi ölüm ilanını okuduktan sonra Alfred Nobel'e geldi. "Ölüm Taciri Öldü" başlıklı Fransız makalesi, en ünlüsü dinamit olan dumansız patlayıcıları icat etmesi nedeniyle Nobel'i övdü.

Buluşları modern savaşların şekillenmesinde çok etkili oldu ve Nobel, onu büyük bir silah üreticisine dönüştürmek için devasa bir demir ve çelik fabrikası satın aldı. Başlangıçta bir kimyager, mühendis ve mucit olan Nobel, mirasının, savaş ve başkalarının ölümü üzerinden servet kazandığı hatırlanan bir adamın mirası olmasını istemediğini fark etti.

Nobel Ödülü

Bugünlerde Nobel'in Serveti, Nobel Vakfı'nı finanse etmek için gelir elde etmek amacıyla yatırılan bir fonda saklanıyor ve kazananlara atfedilen altın kaplama yeşil altın madalya, diploma ve 11 milyon SEK (yaklaşık 1 milyon dolar) tutarındaki para ödülü.

Kaynak: Britannica

Çoğunlukla, Nobel Ödülü parası, özellikle 2 veya 3 önde gelen ismin çığır açan bir keşfe birlikte veya paralel olarak katkıda bulunmasının yaygın olduğu bilimsel alanlarda, birkaç kazanan arasında paylaştırılır.

Yıllar geçtikçe Nobel Ödülü, teorik ve pratik keşifler arasında bir denge kurmaya çalışan bilimsel ödül haline geldi. Modern dünyanın temellerini oluşturan başarıları ödüllendirdi. radyoaktivite, antibiyotikler, Röntgen ışınlarıya da PCRgibi temel bilimlerin yanı sıra güneşin güç kaynağı, elektron yükü, atomik yapıya da aşırı akışkanlık.

Daha Fazla Katalizör Arayışı

Kimyanın ilk dönemlerinden itibaren bilim insanları kimyasal reaksiyonları hızlandırmanın veya moleküllerin alışılmadık şekillerde reaksiyona girmesini sağlamanın yollarını aradılar. Bazen ısı veya basınç kullanmak gibi fiziksel koşulları değiştirerek de elde edilebilir. Ancak diğer kimyasal reaksiyonlar için katalizör adı verilen özel ürünlere ihtiyaç vardır.

Katalizörler genellikle bir kimyasal reaksiyonun meydana gelme şansını arttırır, dolayısıyla hızını ve/veya verimliliğini arttırır.

Katalizörleri benzersiz kılan şey, kimyasal reaksiyona dahil olduklarında, reaksiyonun sonunda değişmeden kalmaları, yani reaksiyonu "kolaylaştıran" tek şey olmalarıdır.

Bu, katalizörleri modern dünyanın sıklıkla unutulan bir temel taşı haline getiriyor ve rafine yağ, plastik, hava filtreleri, su arıtma, ilaç, parfüm, tatlandırıcı, gıda maddeleri vb. gibi günlük ürünlerin üretiminde kesinlikle gerekli hale getiriyor.

Katalizörler, bir şekilde, dünya GSYİH'sının %35'inin üretimine katkıda bulunuyor.

Birçok Katalizör Türü

Keşfedilen ilk katalitik aktivite gümüş, nikel, platin, paladyum vb. metallerdendi. Ancak bu katalizörler pahalıdır. Metal katalizörlerin seçiciliği de düşüktür, bu da birçok farklı reaksiyonu katalize edebilecekleri anlamına gelir.

Bu bazen bir avantaj olsa da, farmasötik üretiminde olduğu gibi yalnızca tek bir kesin reaksiyonun istendiği durum böyle değildir.

Bir diğer katalizör türü ise enzimlerdir. Bu proteinler çok spesifik kimyasal reaksiyonları hızlandırabiliyor ve aslında yaşamın kendisine güç veren dişliler ve makineler.

Saf enzimlerin hazırlanması önemli bir bilimsel atılımdı ve 1946'da Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Günümüzde enzimler sayısız kimyasal proseste rutin olarak kullanılmaktadır.

Enzimlerin sınırı, doğaları gereği canlı hücrelerde belirli görevleri yerine getirmek üzere tasarlanmış olmalarıdır. Dolayısıyla, gerekli kataliz, plastik üretimi gibi biyolojiyle ilgisi olmayan bir şey için olduğunda, bu göreve uygun bir enzim bulmak oldukça zor, hatta imkansız olabilir.

Enzimler ayrıca kırılgan olabilir ve örneğin aşırı asit koşullarında çalışmayabilir. Dolayısıyla metalik olmayan, özel tasarlanmış katalizörlere güçlü bir ihtiyaç vardı. Organokatalizörlerin sahneye girdiği yer burasıdır. Sıradan karbon, hidrojen, nitrojen, kükürt ve fosfordan yapılmışlardır ancak metal içermezler.

Organokatalizörler

2021 yılında Nobel Kimya Ödülü atfedildi Benjamin Listesi ve David WC MacMillanAsimetrik organokataliz gelişimi için.

Açıklandığı gibi organokatalizörler, organik kimyanın temelini oluşturan (karbon merkezli) ucuz ve bol miktardaki elementlerden yapılır. Çoğu kimyasal ve biyolojik süreçte moleküller simetrilerine bağlı olarak farklı versiyonlar gösterebildiğinden “asimetrik” kısım önemlidir.

"Kiralite" olarak da adlandırılan molekül yönelimindeki bu tür değişiklikler, çoğu zaman işlevselliği açısından önemli sonuçlar doğurur. Örneğin aynı limonen molekülü, hangi tarafa yönlendirildiğine bağlı olarak farklı kokacaktır.

Kaynak: Nobel Ödülü

List ve MacMillan organokatalizörleri keşfeden ilk kişiler değildi. Bazıları 1912 gibi erken bir tarihte, siyanohidrin üretiminin kinin kataliziyle tesadüfen bulundu. Daha sonra asimetrik kataliz gerçekleştirmek için kinin türevi bir katalizör kullanılacaktır.

Kaynak: Nobel Ödülü

Bununla birlikte, uzun bir süre organokatalizörleri düzgün bir şekilde analiz etmek için bir çerçeve yoktu, hatta yeni özel tasarımlı katalizörler bile yoktu.

Kataliz Nasıl Çalışır?

Çoğu kimyasal reaksiyonun, iki bileşiğin "birbirine çarpmasını" ve reaksiyona girmesini sağlamak için molekül seviyelerinde bir miktar enerjiye ulaşması gerekir. Katalizörler reaktifleri birbirine yaklaştırır, gerekli enerjiyi azaltır ve reaksiyonun daha hızlı ve gerçekleşme olasılığını artırır.

Kaynak: Byj

Belirli metalik elementler, doğal atomik özelliklerinden dolayı enerji seviyelerinin bu şekilde düşmesine neden olurken, enzimlerin amino asitleri bunu 3 boyutlu konfigürasyonları ve kimyasal özelliklerinin birleşimi yoluyla yapabilirler.

Genellikle katalitik reaksiyonu gerçekleştiren yalnızca birkaç amino asittir; enzimin geri kalanı stabilite, biyokimyasal sinyallerden aktivasyon veya diğer işlevleri sağlar.

Kaynak: Nobel Ödülü

Bu, az sayıda amino asidin, hatta tek bir amino asidin tüm enzimler gibi kataliz yapıp yapamayacağını araştırmak isteyen Benjamin List'in başlangıç ​​noktasıydı.

Katalizörleri Listele: Prolin ve Kiralite

List, 25 yıldan fazla bir süre önce 1970'lerde potansiyel bir katalizör olduğu kanıtlanmış olan prolin adı verilen tek bir amino asitle çalışmaya başladı. Çok güçlü bir tepki beklemiyordu ama yine de bu konu hakkında daha fazlasını öğrenmeyi merak ediyordu ve bunu kontrol etmek için deneyi yürüttü.

Prolin yalnızca katalizör olarak çalışmakla kalmadı, aynı zamanda bunu çok güçlü bir şekilde yaptı. Reaksiyonu daha ayrıntılı olarak inceleyen List, katalizin asimetrik olduğunu ve yeni oluşan molekülün 2 olası görüntüsünden birinin oluşma ihtimalinin çok daha yüksek olduğunu buldu.

Bu, kimyagerlerin enamin katalizi veya Lewis baz katalizi olarak adlandırdığı yeni bir katalizör kategorisinin temelini oluşturacaktır.

İçinde bir nitrojen atomu gerekli enerjiyi azaltır ve bir karboksilik asit, katalize edilen kimyasal reaksiyonun ara adımlarında geçiş durumunu stabilize eder.

Kaynak: Nobel Ödülü

MacMillan Katalizörleri: İminyum İyonu

MacMillan metal bazlı asimetrik katalizörler üzerinde çalışıyordu ancak bunların çalışma koşullarının endüstriyel ortamda nadiren uygulanabilir olduğunu fark etti; bu da laboratuvarlardaki keşiflerin büyük ölçekte kimyasal üretim için nadiren yararlı olmasına neden oldu.

Bunun yerine, bu metallerin kullandığı temel mekanizmaların organik kimyayla nasıl kopyalanabileceğine baktı.

Metal katalizörler, geçici olarak elektron sağlama veya barındırma yetenekleri sayesinde özellikle aktiftir ve kimyasal reaksiyonun oluşmasına yönelik engeli azaltır.

Bu yeteneği organik moleküllerle (karbon omurgasından yapılmış) kopyalamak için MacMillan, kimya bilgisinden mükemmel olanın bir iminyum iyonu olacağını tahmin etti.

Sonuç olarak, bu tip organokatalizör, iminyum iyon katalizi/Lewis asit katalizi olarak bilinecektir.

Buradaki fikir, elektronlara doğal bir ilgisi olan nitrojen atomunun, bir metal katalizörde metal atomunun rolünü oynayabilmesidir. Nitrojen atomlarının etrafındaki büyük kimyasal gruplar reaksiyonun asimetrik olmasına neden olur.

Kaynak: Nobel Ödülü

Organokatalizörlerin Yükselişi

MacMillan ve List, paralel bulgularını 2000 yılında neredeyse aynı zamanda, MacMillan tarafından türetilen bu yeni katalizör sınıfını tanımlayan kelimeyle birlikte yayınlayacaklardı.

İki araştırmacı ve ekipleri, nasıl çalıştıklarını tam olarak açıklayıp araştırarak, önceki çalışmaların daha çok parça parça veya tesadüfi keşifler yoluyla yapıldığı organokatalizörlerin sistematik gelişiminin yolunu açtı.

Organokatalizörler birkaç temel nedenden dolayı artık kimya endüstrisinin önemli bir bileşenidir:

• Özellikle metal bazlı katalizi değiştirirken daha düşük maliyet.
• Asimetrik üretim nihai ürün kalitesi açısından oldukça önemlidir.
  • İlaçlar söz konusu olduğunda bu bir ölüm kalım meselesi olabilir; bazı molekül simetrileri faydalı, bazıları ise ölümcül olabilir.
• Enamin ve iminyum iyonunun hızlanmasına yardımcı olabilecek daha fazla reaksiyon türü bulmak için hem MacMillan hem de List tarafından yapılan daha ileri çalışmalarla potansiyel olarak daha çok yönlü.
• Organokatalizörler gibi daha çevre dostu kimyasal işlemler çoğu zaman toksik değildir ve/veya kolaylıkla geri dönüştürülebilir.

Organokatalizörlerin Başarıları

Organokatalizörlerin kimya endüstrisini ne kadar geliştirebileceğinin bir örneği striknin sentezidir.

Zehir molekülü (fare zehirinde kullanılır) ilk kez 1952'de 29 kimyasal reaksiyon gerektiren bir işlem kullanılarak sentezlendi. Başlangıç ​​ürününün yalnızca %0.0009'u istenen striknine dönüştü.

2011 yılında organokataliz kullanan araştırmacılar bunu yalnızca 12 adıma indirmeyi başardılar ve 7,000 kat daha verimli bir dönüşüm oranı elde ettiler.

Halihazırda bitkilerden veya derin deniz organizmalarından elde edilen karmaşık organik ürünlerin seri üretimi, hem önemli farmasötik ürünlerin bulunabilirliğini artırmak hem de fiyatlarını düşürmek açısından önemli olabilir.

gelecekteki Gelişimi

fotokataliz

Doğa bize enzimlerin ötesinde organokatalizörlerin harika bir örneğini sundu: fotosentez. Organik moleküllerin elektronları hareket ettirme yeteneğini ışık emilimiyle birleştiren fotosentez, Dünya'nın biyosferinin tamamı için temel enerji kaynağıdır.

Hatta dolaylı olarak fotosentez, petrokimya endüstrisinin kullandığı temel blok olan günümüz fosil yakıtlarının da kaynağıdır.

Karbon emisyonlarını azaltma ihtiyacı göz önüne alındığında ideal bir durum, basit şeker veya hidrojen formunda enerji üretmek için ışığı kullanabilen organokatalizörlerin geliştirilmesi olabilir.

Bu şekilde güneş ışığı, önce güneş panelleri tarafından emilip elektriğe dönüştürülmek ve daha sonra elektroliz gibi işlemler için kullanmak yerine, istenen kimyasal reaksiyonu güçlendirmek için doğrudan katalizör tarafından kullanılır.

Bu, biyoyakıtların fosil yakıtlara karşı ekonomik açıdan rekabetçi olmasını istiyorsak bir gereklilik olan maliyetlerini büyük ölçüde azaltabilir.

Yapay Zeka Molekül Tasarımı

Trilyonlarca olası molekül tasarımı vardır ve bunların yalnızca küçük bir kısmı herhangi bir biçimde incelenmiştir.

Bu molekülleri simüle etmek için bilgisayar kullanmanın sorunu, yalnızca fizik ve kuantum mekaniğine dayanıldığında, hesaplamaların 5-10'dan fazla atom içeren herhangi bir şey için hızla saçma derecede karmaşık hale gelmesidir.

Şu anda birçok yapay zeka sistemi, kaba kuvvet hesaplaması yapmak yerine doğru cevabı "tahmin etmek" üzere tasarlanıyor.

Bu, başka türlü tahmin edilemeyecek yeni potansiyel moleküller ve tasarımlar ortaya çıkarabilir. Bu yöntem zaten örneğin meyvelerini veriyor Protein katlama için Google'dan AlphaFold, yeni molekül antibiyotik aktivitesine ilişkin tahminlerveya Microsoft'un AI4Science programı.

Kaynak: Microsoft

Pek çok organokatalizörün henüz keşfedilmemiş olması muhtemeldir ve AI'nın bu yenilikleri radikal bir şekilde hızlandırabilmesi muhtemeldir.Yapay Zeka (AI) Kullanımı Yoluyla Keşiflerin Zaman Çizelgesini Değiştirmek anlayışının sonucu olarak, buzdolabında iki üç günden fazla durmayan küçük şişeler elinizin altında bulunur.

Organokatalizörlere Yatırım Yapmak

Organokatalizörler modern kimya endüstrisinin önemli bir parçasıdır. Aynı zamanda Büyüyen bir pazarın 6.4'ye kadar %2032 Bileşik Büyüme Oranına ulaşması bekleniyor.

Organokatalizör şirketlerine birçok broker aracılığıyla yatırım yapabilirsiniz ve burada bulabilirsiniz: menkul kıymetler.io, en iyi brokerlar için önerilerimiz Amerika, Kanada, Avustralya, UK, diğer birçok ülkenin yanı sıra.

Belirli organokataliz şirketlerini seçmek ilginizi çekmiyorsa aşağıdaki gibi ETF'lere de bakabilirsiniz: iShares STOXX Avrupa 600 Kimyasallar UCITS ETF (EXV7) ya da Vanguard Materials ETF'si (VAW) bu da kimya endüstrisinden yararlanmak için daha çeşitli bir maruz kalma olanağı sağlayacaktır.

Katalizör Şirketleri

1. BASF (BASFY)

Kimya endüstrisinin devi BASF, 110,000 segmente ayrılmış 11 bölümde 6'den fazla kişiye istihdam sağlıyor: Kimyasallar, Malzemeler, Endüstriyel Çözümler, Yüzey Teknolojileri, Beslenme ve Bakım ve Tarım Çözümleri.

Faaliyetin %20+'sı kimyasallardan ve plastikten, %20+'sı ise taşımacılıktan geliyor. Aynı zamanda tarım ve tüketim mallarında da güçlü bir varlığa sahiptir.

Kaynak: BASF

BASF'ın katalizör bölümü 8,000 üretim tesisiyle 30'den fazla çalışana sahip.

Şirket, Ar-Ge'ye büyük miktarda yatırım yapıyor; yıllık 2 Milyar Dolar'dan fazla harcama yapıyor, birçok sektöre yayılıyor ancak tarım sektöründe (pestisitler, herbisitler ve tohum işleme) büyüme yaratmaya güçlü bir şekilde odaklanıyor.

Kaynak: BASF

Plastik ve diğer kimyasal üretim alanındaki uzmanlık, özellikle nanopartiküllü yüzey kaplama, gözenekli malzemeler ve polimerlerdeki liderlik konumuyla nano ölçeğe kadar uzanıyor.

Katalizörlerdeki uzmanlıkla birleştiğinde bu, BASF'yi kimyasallar, piller, farmasötikler, nanoteknoloji, biyoteknoloji vb. alanlardaki yeniliklere dayalı geleceğin ekonomisinin merkezi haline getirecek gibi görünüyor.

2.  Schrödinger, Inc.

Şirket, belirli bir amaç için mümkün olan en iyi molekülü bulmak, güç, çözünürlük, yarı ömür, sentezlenebilirlik vb. gibi çelişkili ölçümleri dengelemek için fizik tabanlı modellerde uzmanlaşmıştır.

Aynı zamanda "normal" makine öğrenimini de kullanıyor, ancak fizik tabanlı bir modelin eklenmesi, yapay zekayı "eğitmek" için hiçbir veri setinin mevcut olmadığı tamamen yeni alanlarda test edilmesine olanak tanıyor. Bu, Schrödinger'in yalnızca dijital hesaplama yoluyla birkaç gün içinde 1 milyar potansiyel molekülden yalnızca 8 katı adaya ulaşmasını sağlıyor.

Kaynak: Schrödinger

Schrödinger, Bayer ile 5'de 2020 milyon dolar gelir sağlayacak 10 yıllık bir işbirliği anlaşması imzaladı. Anlaşma, Schrödinger teknolojisinin Bayer in-silico tahmin modelleriyle birlikte kullanılmasını öngörüyor.

Yakın zamanda gerçekleşen bir diğer ortaklık ise 2022'de Lilly ileBaşarılı keşif için toplam 425 milyon ABD dolarına varan aşama ödemeleri.

Geçmişteki işbirlikleri arasında Takeda, Sanofi Bristol Myers Squibb ve diğer küçük ilaç firmaları yer alıyordu.

Genel olarak Schrödinger, giderek daha fazla tescilli ve tamamen sahip olunan molekülleri içeren büyüyen bir portföy oluşturuyor. Şu anda tescilli ürün yelpazesinde 8'si faz I klinik denemeleri olmak üzere 2 ürün bulunmaktadır. Ve ortak programlarda ve işbirliklerinde 23 ürün; 5'i faz I'de ve 3'ü klinik denemelerin faz II'sinde.

Kaynak: Schrödinger

Ön gelir elde etmese de şirket hala kârlı değil ve teknolojisini geliştirmek için genişlemeye ve Ar-Ge harcamalarına odaklanıyor. Şirketin bilançosunda birkaç yıllık faaliyet değerinde nakit bulunduğundan, kısa vadede bu ciddi bir endişe yaratmamalıdır.

Ayrıca karmaşık biyofarmasötikler ve hatta kimyasallar, piller veya polimerler gibi malzemeler gibi ilaç keşfinin ötesinde yeni segmentlere doğru genişlemeyi de hedefliyor.

Kaynak: Schrödinger

Yatırımcılar, sektör liderleri tarafından gizli verilerden değerlendirilen Schrödinger teknolojisindeki ilerlemeleri ve temel teknolojinin yeni pazarlara genişletilmesindeki olası başarıyı yansıtacağından, yeni işbirliklerini yakından takip etmek isteyeceklerdir.

Organokatalizörlerin ve genel organik kimyanın giderek artan bir rol üstlenmesiyle, Schrödinger'inki gibi yapay zeka modelleri, yeni moleküllerin geliştirilmesinde ve genellikle on yıllık kimyasal üretim süreçlerinin optimize edilmesinde giderek artan bir rol oynayacak.