Nobel Kimya Ödülü nanomakinelerin mucitlerine veriliyor. Moleküler makineler: Minyatürleştirmeye verilen Nobel Kimya Ödülü Nobel Kimya Ödülü sahipleri
Nobel Kimya Ödülü sahipleri: Jean-Pierre Sauvage, Bernard Feringa ve Fraser Stoddart
Nobel Kimya Ödülü Sahiplerinin Açıklanması
Moskova. 5 Ekim. web sitesi - 2016 Nobel Kimya Ödülü, "moleküler makinelerin tasarımı ve sentezi için" ifadesiyle Jean-Pierre Sauvage, Bernard Feringa ve Fraser Stoddart'a verildi.
Sauvage, supramoleküler kimya konusunda uzmanlaşmış bir Fransız kimyagerdir. Bu, moleküller arası etkileşimler yoluyla bir arada tutulan iki veya daha fazla molekülden oluşan düzenekler olan supramoleküler yapıları inceleyen kimya alanıdır. Sauvage, katenanlar sınıfından bir bileşiği sentezleyen ilk kimyager oldu. Bu maddelerin molekülleri birbirine bağlı iki halkadan oluşur; Bu tür bağlantıya topolojik denir, N+1 bölgesini açıklığa kavuşturur.
Esneyen ve büzülen moleküler döngü yapısının çizimi
Şu anda ABD'de çalışan İskoç bilim adamı Fraser Stoddart, rotaksanı sentezleyerek benzer "kimyasal olmayan" bağlara sahip bileşiklerin listesini genişletti. Rotaksan molekülleri, üzerine bir halkanın gevşek bir şekilde bağlandığı uzun bir zincirden oluşur. Zincirin uçlarındaki iki büyük yapı sayesinde halka zincirden “düşemez”.
Stoddart tarafından oluşturulan ve eksen boyunca kontrol altında hareket edebilen bir moleküler transfer
Moleküler nanoteknoloji ve homojen kataliz alanında uzman olan Bernard Feringa, ışığın etkisi altında yapısal değişikliklere uğrayan ve bir yel değirmeni kanadı gibi dönmeye başlayan bir molekül olan moleküler bir motoru geliştiren ve sentezleyen ilk kimyager oldu. kesin olarak belirlenmiş yön. 1999 yılında bir bilim adamı, moleküler motorları kullanarak, motorların dönme boyutundan 10 bin kat daha büyük bir cam silindir yapmayı başardı.
Dört "tekerleğe" sahip moleküler bir makine örneği
2015 yılında aynı kategoride Nobel Ödülü kazananlar ise İngiltere'de çalışan İsveçli Thomas Lindahl ile ABD'de araştırma yapan Amerikalı Paul Modrich ve Türkiye doğumlu bilim insanı Aziz Sancar oldu. Ödül, normal biyosentez sırasında veya fiziksel veya kimyasal etkilere maruz kalmanın bir sonucu olarak DNA moleküllerinde meydana gelen kimyasal hasarları ve DNA moleküllerindeki kırılmaları düzeltme yeteneğinden oluşan hücrelerin özel bir işlevi olan DNA onarımı mekanizmalarına ilişkin araştırmaları nedeniyle verildi. ajanlar.
2014 Nobel Kimya Ödülü, süper çözünürlüklü floresan mikroskobunun geliştirilmesine yaptıkları katkılardan dolayı Amerikalı Eric Betzig ve William Moner ile Alman Stefan Hell'e verildi.
Bu haftanın başlarında, Nobel Tıp Ödülü (Japon bilim adamı Yoshinori Ohsumi tarafından alındı) ve Nobel Fizik Ödülü (kazananlar, topolojik faz geçişleri ve maddenin topolojik fazları konusundaki çalışmaları nedeniyle David Thoules, Duncan Haldane ve Michael Kosterlitz oldu) ) tanındı.
Bugüne kadar kimya alanında Nobel ödülü alan tek Rus kişi, kimyasal reaksiyonların mekanizması üzerine yaptığı araştırmalar nedeniyle 1956'da İngiliz Cyril Hinshelwood ile birlikte Nikolai Semenov (1896-1986) idi.
Bir sonraki Nobel Barış Ödülü sahibi 7 Ekim Cuma günü açıklanacak.
2016 Nobel Ödülü sahipleri 8 milyon İsveç kronu (yaklaşık 931 bin dolar) alacak. Ödül töreni geleneksel olarak Nobel Ödülleri'nin kurucusu İsveçli girişimci ve mucit Alfred Nobel'in (1833-1896) ölüm günü olan 10 Aralık'ta Stockholm'de gerçekleşecek.
kayıt edilmiş
Ödül alanlar: Strasbourg Üniversitesi'nden Fransız Jean-Pierre Sauvage, Northwestern Üniversitesi'nden (Illinois, ABD) İskoç asıllı Sir J. Fraser Stoddart ve Groningen Üniversitesi'nden (Hollanda) Bernard L. Feringa . Feringa).
kaynak: pbs.twimg.com
Ödülün metni şu şekildedir: "Moleküler makinelerin tasarımı ve sentezi için." Bu yılın ödül sahipleri, devrim niteliğinde olabilecek teknolojinin minyatürleştirilmesine katkıda bulundular. Sauvage, Stoddart ve Feringa sadece makineleri minyatürleştirmekle kalmadı, aynı zamanda kimyaya yeni bir boyut kazandırdı.
Bilim adamları, yönlendirilmiş hareketler yapabilen ve dolayısıyla gerçek makineler gibi davranabilen moleküler mekanizmalar yarattılar. Öncelikle çeşitli sensörlerde ve tıpta kullanılabilirler.
İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi'nin basın açıklamasına göre Profesör Jean-Pierre Sauvage, 1983 yılında iki halka şeklindeki molekülü katenan olarak bilinen bir zincir oluşturmak üzere başarıyla birbirine bağlayarak moleküler bir makineye doğru ilk adımı attı. Moleküller normalde atomların elektronları paylaştığı güçlü kovalent bağlarla bir arada tutulur, ancak bu zincirde daha gevşek bir mekanik bağla bağlanırlar. Bir makinenin bir görevi yerine getirebilmesi için birbirine göre hareket edebilen parçalardan oluşması gerekir. Birbirine bağlı iki halka bu gereksinimi tam olarak karşılamaktadır.
İkinci adım ise 1991 yılında Fraser Stoddart tarafından rotaksanı (bir tür moleküler yapı) geliştirerek atıldı. Moleküler bir halkayı ince bir moleküler eksene geçirdi ve bu halkanın eksen boyunca hareket edebildiğini gösterdi. Rotaksanlar moleküler asansör, moleküler kas ve molekül tabanlı bilgisayar çipi gibi gelişmelerin temelini oluşturur.
Ve Bernard Feringa moleküler motoru geliştiren ilk kişiydi. 1999 yılında sürekli olarak tek yönde dönen moleküler bir rotor kanadı elde etti. Moleküler motorlar kullanarak motordan 10 bin kat daha büyük bir cam silindiri döndürdü ve bilim insanı ayrıca bir nanoaraba geliştirdi.
2016 yılı ödül sahiplerinin, her yıl "Nobel Haftası" arifesinde ortaya çıkan çeşitli favoriler listelerinde özellikle "parlamaması" ilginçtir.
Bu yıl medya tarafından kimya ödülüne layık görülenler arasında, örneğin insan ve fare hücrelerinde CRISPR-cas9 genom düzenlemesinin kullanımı nedeniyle George M. Church ve Feng Zhang (her ikisi de ABD'de çalışıyor) yer alıyor.
Favoriler listesinde ayrıca, invazif olmayan doğum öncesi testlerde devrim yaratan, anakara plazmasındaki hücresiz fetal DNA keşfinden dolayı Hong Konglu bilim adamı Dennis Lo (Dennis Lo Yukming) vardı.
Japon bilim adamlarının adlarından da bahsedildi - Hiroshi Maeda ve Yasuhiro Matsamura (kanser tedavisinde önemli bir keşif olan makromoleküler ilaçların artan geçirgenliği ve tutulmasının etkisinin keşfi için).
Bazı kaynaklarda Moskova'da doğan ancak ailesi Amerika'ya taşındıktan sonra ABD'de yaşayan ve çalışan kimyager Alexander Spokoiny'nin adı bulunabilir. Ona "kimyanın yükselen yıldızı" deniyor. Bu arada, kimya alanında Sovyet Nobel Ödülü sahibi tek kişi, zincir reaksiyonları teorisini geliştirdiği için 1956'da akademisyen Nikolai Semenov'du. Bu ödülü alanların çoğu ABD'li bilim insanlarıdır. Alman bilim insanları ikinci sırada, İngiliz bilim insanları ise üçüncü sırada yer alıyor.
Kimya Ödülü pekâlâ “Nobellerin en Nobeli” olarak adlandırılabilir. Sonuçta bu ödülün kurucusu Alfred Nobel tam olarak bir kimyagerdi ve Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosunda nobelyum mendelevyumun yanında yer alıyor.
Bu ödülün verilme kararı İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi tarafından verilmektedir. 1901'den (o zamanlar kimya alanında ilk kazanan Hollandalı Jacob Hendrik van't Hoff'tu) 2015'e kadar Nobel Kimya Ödülü 107 kez verildi. Fizik veya tıp alanındaki benzer ödüllerin aksine, aynı anda birden fazla ödüle layık görülmek yerine daha çok tek bir ödüle (63 vakada) veriliyordu. Ancak kimya alanında yalnızca dört kadın ödüle layık görüldü; bunların arasında Nobel Fizik Ödülü sahibi Marie Curie ve kızı Irene Joliot-Curie de vardı. İki kez kimya Nobeli alan tek kişi Frederick Sanger'di (1958 ve 1980).
Ödülü alan en genç kişi, ödülü 1935'te alan 35 yaşındaki Frédéric Joliot'tu. En büyüğü ise 85 yaşında Nobel Ödülü'ne layık görülen John B. Fenn'di.
Geçen yıl kimya alanında Nobel ödülü kazananlar Thomas Lindahl (İngiltere) ve ABD'den iki bilim adamı - Paul Modrich ve Aziz Sancar (Türkiye doğumlu) oldu. Ödül onlara “DNA onarımının mekanik çalışmaları” nedeniyle verildi.
TÜM FOTOĞRAFLAR
2016 Nobel Kimya Ödülü, moleküler makinelerin tasarımı ve sentezi için üç bilim adamına verildi. Nobel Komitesi'nin basın açıklamasına göre ödül, Hollandalı araştırmacı Bernard Feringa, ABD'de çalışan Britanyalı James Fraser Stoddart ve Fransız Jean-Pierre Sauvage tarafından alındı.
Bilim insanları dünyanın en küçük makinelerini geliştirmeyi başardılar. Araştırmacılar molekülleri birbirine bağlayarak küçük asansörler, yapay kaslar ve mikroskobik motorlar oluşturmayı başardılar. Komitenin web sitesinde "2016 Nobel Kimya Ödülü sahipleri makineleri minyatürleştirdiler ve kimyayı yeni bir boyuta taşıdılar" deniyor. Basın bülteninde, bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte teknolojinin minyatürleştirilmesinin bir devrime yol açabileceği belirtiliyor.
Bilim adamlarından oluşan bir ekip, enerji eklendiğinde görevleri yerine getirebilen, kontrollü hareketlere sahip moleküller geliştirdi. Sauvage, 1983 yılında katenan adı verilen halka şeklindeki iki molekülden oluşan bir zincir oluşturarak moleküler makineler yaratma yolunda ilk adımı attı. Bir makinenin bir görevi yerine getirebilmesi için birbirine göre hareket edebilen parçalardan oluşması gerekir. Sauvage'ın birbirine bağladığı iki halka tam olarak bu gereksinimi karşıladı.
Stoddart, 1991'de ikinci adımı atarak, dambıl şeklindeki bir moleküle bir halkanın bağlandığı bir bileşik olan rotaksanı sentezledi. Gelişmeleri arasında moleküler bir asansör, moleküler bir kas ve moleküller temelinde oluşturulan bir bilgisayar çipi yer alıyor.
Son olarak Feringa, 1999 yılında moleküler motorların çalışmasını gösterdi.
Gelecekte moleküler makinelerin yeni malzemeler, sensörler ve enerji depolama sistemleri oluşturmak için kullanılması bekleniyor.
Stoddart 1942'de Edinburgh'da doğdu. Bilim insanı, supramoleküler kimya ve nanoteknoloji alanında uzmanlaşıyor ve ABD'nin Illinois eyaletindeki Northwestern Üniversitesi'nde çalışıyor. Sauvage 1944 yılında Paris'te doğdu, Strasbourg Üniversitesi'nde bilimsel faaliyetlerde bulunuyor, uzmanlık alanı koordinasyon bağlantılarıdır. 1951 yılında Hollanda'nın Barger-Compaskum şehrinde doğan Feringa, Hollanda Groningen Üniversitesi'nde organik kimya profesörüdür.
Nobel Ödülü 8 milyon İsveç kronu değerindedir. Kimya Ödülü 1901'den beri verilmektedir (1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940, 1941 ve 1942 hariç). Ödül bu yıl 108'inci kez verildi.
2015 yılında Nobel Kimya Ödülü, DNA onarım mekanizmalarına yönelik araştırmalarından dolayı İsveçli Thomas Lindahl, ABD vatandaşı Paul Modric ve Türk asıllı Amerikalı Aziz Sancar'a verildi. Nobel Komitesi, bilim adamlarının çalışmalarının dünyaya canlı hücrelerin işlevleri ve özellikle bunların kanserle mücadelede yeni yöntemlerde kullanımı hakkında temel bilgiler sağladığını bildirdi. Tüm kanserlerin yaklaşık %80-90'ının DNA onarımı eksikliğinden kaynaklandığı tahmin edilmektedir.
Kurallara göre, Nobel Fizik ve Kimya Ödülü yalnızca hakemli basında yayınlanan makalelerin yazarlarına verilebiliyor. Ek olarak, keşif gerçekten önemli olmalı ve dünya bilim topluluğu tarafından evrensel olarak tanınmalıdır; bu nedenle deneyciler ödülü teorisyenlerden daha sık alırlar.
Önceki gün Nobel Fizik Ödülü Stockholm'de verildi. Ödülü ABD'de çalışan üç İngiliz bilim insanı aldı. Britanyalı Duncan Haldane ile İskoçyalı Amerikalılar David Thouless ve Michael Kosterlitz, "topolojik faz geçişleri ve maddenin topolojik fazlarına ilişkin teorik keşifler" nedeniyle ödüle layık görüldü. Bilim insanları maddenin olağandışı hallerini keşfettiler. Süper iletkenlerden, süper akışkanlardan ve ince manyetik filmlerden bahsediyoruz.
2016 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü, 3 Ekim'de 71 yaşındaki Japon bilim adamı Yoshinori Ohsumi'ye verildi. Bir hücrenin iç bileşenlerinin lizozomlara (memelilerde) veya vakuollere (maya hücrelerinde) iletildiği bir süreç olan otofaji (Yunanca "kendi kendini yeme" kelimesinden gelir) alanındaki keşiflerinden dolayı ödüllendirildi. orada bozulmaya maruz kaldı.
2016 Nobel Kimya Ödülü'nün kazananları Strazburg Üniversitesi'nden (Fransa) Jean-Pierre Sauvage, Northwestern Üniversitesi'nden (ABD) Fraser Stoddart ve Groningen Üniversitesi'nden (Hollanda) Bernard Feringa oldu. Prestijli ödül, dışarıdan enerji sağlandığında belirli hareketleri gerçekleştirebilen bireysel moleküller veya moleküler kompleksler olan "moleküler makinelerin tasarımı ve sentezi için" verildi. Bu alanın daha da geliştirilmesi bilim ve tıbbın birçok alanında atılımlar vaat ediyor.
Nobel Komitesi, bilimsel değerinin yanı sıra bazı ek lezzetler de taşıyan çalışmaları düzenli olarak onurlandırmaktadır. Örneğin, Geim ve Novoselov tarafından grafenin keşfinde (bkz. Nobel Fizik Ödülü - 2010, “Elementler”, 10/11/2010), keşfin kendisine ve oda sıcaklığında kuantum Hall etkisini gözlemlemek için kullanılmasına ek olarak , dikkat çekici teknik detaylar vardı: basit bantla grafit katmanlarının soyulması. Yarı kristalleri keşfeden Shekhtman'ın, "kuazikristal yoktur, ancak yarı bilim adamları vardır" diyen bir başka saygın Nobel uzmanı Pauling ile bilimsel bir yüzleşme geçmişi vardı.
Moleküler makineler alanında, ilk bakışta, ödül kazananlardan biri olan Stoddart'ın şövalyelik unvanına sahip olması (o ilk değil) dışında böyle bir vurgu yok. Ama aslında hala önemli bir özelliği var. Moleküler makinelerin sentezi, akademik organik kimyada, insanların sıfırdan bir molekül tasarladığı ve onu elde edene kadar dinlenmediği, moleküler düzeyde saf mühendislik olarak adlandırılabilecek neredeyse tek alandır. Doğada, bu tür moleküller elbette mevcuttur (organik hücrelerin bazı proteinleri bu şekilde yapılandırılmıştır - miyozin, kinesinler - veya örneğin ribozomlar), ancak insanlar hala böyle bir karmaşıklık düzeyine ulaşmaktan çok uzaktır. Bu nedenle şimdilik moleküler makineler, doğayı taklit etme veya gözlemlenen doğa olaylarını açıklama çabası olmaksızın, başından sonuna kadar insan aklının meyvesidir.
Yani, bir parçanın diğerine göre kontrollü bir şekilde hareket edebildiği (genellikle bazı dış etkiler ve ısıyı kullanarak) hareket edebilen moleküllerden bahsediyoruz. Bu tür molekülleri yaratmak için Sauvage, Stoddard ve Feringa farklı ilkeler geliştirdiler.
Sauvage ve Stoddard mekanik olarak bağlantılı moleküller yaptı: katenanlar - birbirlerine göre dönen iki veya daha fazla bağlantılı moleküler halka (Şekil 1) ve rotaksanlar - bir parçanın (halkanın) diğeri boyunca hareket edebildiği (düz) iki parçadan oluşan kompozit moleküller taban), halkanın “uçmaması” için kenarlar boyunca hacimsel gruplara (durduruculara) sahiptir (Şekil 2).
Yukarıdaki kavramı kullanarak, "moleküler asansörler", "moleküler kaslar", teorik açıdan ilgi çekici çeşitli moleküler topolojik yapılar ve hatta kısa proteinleri çok yavaş bir şekilde sentezleyebilen yapay bir ribozom bile yaratılmıştır.
Feringhi'nin yaklaşımı temelde farklıydı ve çok zarifti (Şekil 3). Feringhi moleküler motorunda, molekülün birbirine göre dönen parçaları mekanik olarak değil, gerçek bir kovalent bağla (bir karbon-karbon çift bağı) bağlanır. Grupların çift bağ etrafında dönmesi dış etki olmadan mümkün değildir. Böyle bir etki ultraviyole ışıkla ışınlama olabilir: Mecazi anlamda konuşursak, ultraviyole ışık seçici olarak bir bağı çift bağa böler ve saniyenin çok küçük bir kısmı için dönüşe izin verir. Tüm pozisyonlarda Feringhi molekülü yapısal olarak gergindir ve çift bağ uzar. Dönerken molekül en az direnci takip ederek en az gerilime sahip konumu bulmaya çalışır. Bunu başaramıyor ama her aşamada neredeyse tamamen tek bir yöne dönüyor.
2014'te gösterildiği gibi, küçük modifikasyonlara sahip benzer bir motor, saniyede yaklaşık 12 milyon devir kapasitesine sahiptir (J. Vachon ve diğerleri, 2014. Ultra hızlı yüzeye bağlı fotoaktif moleküler motor). Feringhi motorunun en güzel kullanımı, altın bir alt tabaka üzerindeki bir “nanomakinede” gösterilmiştir (Şekil 4). Uzun bir moleküle tekerlek gibi bağlanan dört motor aynı yönde döner ve "araba" ileri doğru hareket eder.
Şu anda UV yerine görünür ışıkla etkinleştirilebilen moleküler bir motor üzerinde geliştirme çalışmaları sürüyor. Böyle bir motorun yardımıyla, elektriği atlayarak güneş enerjisini tamamen benzeri görülmemiş bir şekilde mekanik enerjiye dönüştürmek mümkün olacak.
Journal of the American Chemical Society'de yayınlanan en son çalışmasında ( JAC'lar), Feringa, Şekil 2'de gösterildiği gibi dönme hızı kimyasal etkiyle kontrol edilebilen bir motorun tasarımını gösterdi. 5. Moleküler motora bir efektör molekül (metal diklorür - çinko Zn, paladyum Pd veya platin Pt) eklendiğinde ikincisi konformasyonu değiştirir ve bu da dönüşü kolaylaştırır. Ölçümler, test edilen üç efektörden 20°C'de motorun platinle en hızlı (0,13 Hz frekansla), paladyumla biraz daha yavaş (0,035 Hz) ve hatta çinkoyla (0,009 Hz) daha yavaş döndüğünü gösterdi. Efektör olmadan maksimum motor hızı 0,0041 Hz'dir. Gözlemlenen fenomen, efektörlü ve efektörsüz motor yapılarının kuantum mekaniksel hesaplamaları ile doğrulandı. Hesaplamalar konformasyonun nasıl değiştiğini ve dönmenin ne kadar kolay olduğunu gösteriyor.
Sonuç olarak, moleküler motorların henüz günlük yaşamda uygulama alanı bulmadığını söylemekte fayda var, ancak bu neredeyse kesin olarak zaman meselesi ve yakın gelecekte onların aktif kullanımını göreceğiz.
Kaynaklar:
1) 2016 Nobel Kimya Ödülü - Nobel Komitesi'nin resmi mesajı.
2) Moleküler Makineler - Nobel Komitesi tarafından hazırlanan, ödül alan kişilerin çalışmalarına ayrıntılı bir genel bakış.
3) Adele Faulkner, Thomas van Leeuwen, Ben L. Feringa ve Sander J. Wezenberg. Işıkla Çalışan Bir Moleküler Motorda Dönme Hızının Allosterik Düzenlenmesi // Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 26 Eylül 2016. V. 138 (41). S.13597–13603. DOI: 10.1021/jacs.6b06467.
Grigory Molev
