Humberger Menu

โนเบลเคมี 2021 พัฒนาเทคนิค ‘เร่งปฏิกิริยา’ สร้างกระบวนการเคมีที่เคยเป็นพิษให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

คุณสามารถอ่านได้อีก

5

บทความ

Register

or

Login

creator
กองบรรณาธิการ
LineCopy

LATEST

+
‘สิทธิที่จะตาย’ มีจริงไหม? ผู้ป่วยชาวโคลอมเบีย ถูกระงับการการุณยฆาต ก่อนเวลานัดไม่กี่ชั่วโมง
Summary
  • ในกระบวนการเคมี ตัวเร่งปฏิกิริยาคือส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดยา พลาสติก น้ำหอม ไปจนถึงสารแต่งกลิ่นในอาหาร อีกทั้งมีมูลค่าราว 35 เปอร์เซ็นต์ ของ GDP โลก
  • ก่อนหน้านี้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำงานได้ดีคือโลหะหนัก ซึ่งอาจตกค้างอยู่ในสิ่งแวดล้อม ต่อมานิยมใช้เอนไซม์ แต่สิ่งที่นักวิจัยเจ้าของรางวัลโนเบลพัฒนา คือ การใช้กระบวนการอินทรีย์ซึ่งไม่หลงเหลือตัวเร่งปฏิกิริยาเอาไว้เลย
  • สิ่งที่จะได้ประโยชน์อันดับต้นๆ คือกระบวนการผลิตยา ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ออกแบบให้มีประสิทธิภาพในการรักษามากขึ้น และราคาถูกลง


เบนจามิน ลิสต์ (Benjamin List) และ เดวิด แมคมิลแลน (David MacMillan) สองนักวิจัยจากเยอรมนีและสหรัฐฯ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2021 ‘สำหรับการพัฒนาการเร่งปฏิกิริยาเคมีแบบอสมมาตรด้วยสารประกอบอินทรีย์ ‘ (‘for the development of asymmetric organocatalysis’) ทำให้ความเข้าใจเรื่องโครงสร้างโมเลกุลก้าวล้ำไปอีกขั้น โดยเครื่องมือที่พัฒนาขึ้นสามารถใช้ผลิตยาตัวใหม่ สารใหม่ๆ รวมถึงสร้างโมเลกุลที่ ‘จับ’ แสงจากโซลาร์เซลล์

งานของทั้งคู่เน้นการวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ซึ่งมีหน้าที่เร่งปฏิกิริยาเคมีโดยที่ตัวมันจะไม่หลงเหลืออยู่ในผลผลิตขั้นสุดท้ายของกระบวนการ

ลิสต์ เป็นศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยโคโลญ ประธานสถาบันวิจัยถ่านหิน มักซ์ พลังก์ (Max Planck Institute for Coal Research) ส่วนแมคมิลเลนเป็นศาสตราจารย์ภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน

หากพูดถึงตัวเร่งปฏิกิริยาเราอาจนึกไม่ออกทันที แต่มันคือส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดยา พลาสติก น้ำหอม ไปจนถึงสารแต่งกลิ่นในอาหาร อีกทั้งมีมูลค่าราว 35 เปอร์เซ็นต์ ของ GDP โลก 

ก่อนหน้านี้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำงานได้ดีคือโลหะหนัก ซึ่งอาจตกค้างอยู่ในสิ่งแวดล้อม ต่อมานิยมใช้เอนไซม์ แต่สิ่งที่นักวิจัยเจ้าของรางวัลโนเบลทั้งสองต่างคนต่างพัฒนาขึ้นนี้ได้จากปฏิกิริยาเคมีซึ่งเป็นการคิดนอกกรอบล้วนๆ

ลิสต์แสดงให้เห็นว่าการใช้กรดอะมิโนโพรลีน (proline) เป็นตัวเร่งในปฏิกิริยาอัลดอล หรือการสร้างพันธะระหว่างอะตอมคาร์บอนด้วยกันนั้น ช่วยเร่งปฏิกิริยาแบบอสมมาตร ช่วงเวลาเดียวกัน แมคมิลแลนก็ออกแบบโมเลกุลอินทรีย์ที่ช่วยเสริมประสิทธิภาพปฏิกิริยาเคมีด้วยการเติมหรือรับอิเล็กตรอนเพิ่ม

เทคนิค asymmetric organocatalysis ช่วยให้การสร้างโมเลกุลอสมมาตรทำได้ง่ายขึ้น และเกิดขึ้นสองรูปแบบ โดยแบบที่สองคือแบบสะท้อน (mirror image หรือ chirality) ของแบบแรก ซึ่งในกระบวนการผลิตยาก่อนหน้านี้ นักเคมีต้องการให้เกิดโมเลกุลแบบกลับซ้ายเป็นขวาเพียงตัวที่พึงประสงค์เท่านั้น แต่ยังหาวิธีที่มีประสิทธิภาพไม่ได้

คณะกรรมการรางวัลโนเบล ปีเตอร์ ซอมฟาย (Peter Somfai) จากมหาวิทยาลัยลุนด์ ให้สัมภาษณ์ว่า ถ้าร่างกายแยกความต่างระหว่างโมเลกุลยาสองแบบได้ เราควรหาทางทำให้ยาตัวนั้นๆ มีความแตกต่างกันน้อยที่สุด หรือกล่าวได้ว่า ถ้ายาตัวเดียวกันแต่มีการเรียงโมเลกุลกลับด้าน ก็อาจให้ผลการรักษาที่ต่างกันได้

เขาเปรียบเทียบ asymmetric organocatalysis กับการเล่นหมากรุก “เมื่อมีผู้เล่นหน้าใหม่เข้ามา คุณก็สร้างกติกาใหม่ร่วมกันได้ แล้วสามารถสร้างสรรค์เกมในแง่มุมที่ต่างไปจากเดิม นั่นทำให้เกมหมากรุกไม่เหมือนที่เคยเป็นมา และนี่คือพลังของวิธีวิทยาใหม่ในสาขาเคมีอินทรีย์” ซึ่ง organocatalysis ก็คือผู้เล่นใหม่ที่ว่านี้นี่เอง

สำหรับคำอธิบายให้เข้าใจง่าย ซอมฟาย บอกว่า ให้นึกถึงยาที่เรากินอยู่ ตอนนี้เรามีทางเลือกที่ทำให้การผลิตยาส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลงได้ “นี่คือเรื่องสำคัญถ้าเลือกได้ว่าจะสร้างเฉพาะโมเลกุลยาที่ให้ผลการรักษาอันพึงประสงค์ได้มากกว่า” ซอมฟายกล่าว

ตัวอย่างที่เคยเกิดขึ้นคือ ยาทาลิโดไมด์ (thalidomide) ที่ได้รับอนุญาตให้ใช้บรรเทาอาการแพ้ท้องในช่วงทศวรรษ 1950 แต่สุดท้ายถูกถอนจากตลาด เนื่องจากพบว่าเป็นสาเหตุของภาวะผิดปกติของทารกแรกเกิด ตัวยาทาลิโดไมด์นี้มีส่วนประกอบของโมเลกุลยาที่เป็นรูปแบบ chirality สองแบบผสมกันอยู่ และหนึ่งในนั้นออกฤทธิ์ทำลายตัวอ่อนในครรภ์

เทคนิค organocatalysis นี้ได้รับการใช้จริงแล้วในกระบวนการผลิตของบริษัทยา อย่างเช่น พาร็อกซีทีน (paroxetine) ยารักษาอาการวิตกกังวลและอาการซึมเศร้า และโอเซลทามิเวียร์ (oseltamivir) ยาต้านไวรัส และรักษาการติดเชื้อระบบทางเดินหายใจ

คณะกรรมการตัดสินรางวัลเห็นว่าผลงานของทั้งคู่ ถึงแม้ไม่ได้ทำงานร่วมกัน หากเป็น “วิธีอันชาญฉลาดในการสร้างโมเลกุล ทว่าเรียบง่ายและเหนือความคาดหมาย” ส่งผลให้ปฏิกิริยาที่ได้มีประสิทธิภาพ ราคาย่อมเยา รวดเร็ว และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ขณะที่รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปีนี้เป็นของนักวิจัย 3 คน โดยสองคนแรกคือ ซุคุโร มานาเบะ (Syukuro Manabe) จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน สหรัฐฯ และ เคลาส์ ฮาสเซิลมานน์ (Klaus Hasselmann) จากสถาบันอุตุนิยมวิทยา มักซ์ พลังก์ (Max Planck Institute for Meteorology) ประเทศเยอรมนี ซึ่งคิดค้นแบบจำลองทางกายภาพของสภาพภูมิอากาศโลก คำนวณค่าความแปรปรวนและคาดการณ์ภาวะโลกร้อนได้อย่างน่าเชื่อถือ

อีกคนคือจอร์โจ ปาริซี (Giorgio Parisi) จากมหาวิทยาลัยซาเปียนซา ประเทศอิตาลี ผู้ค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างความไร้ระเบียบและความผันผวนของระบบทางกายภาพ ตั้งแต่ระดับอะตอมไปจนถึงระดับดาวเคราะห์ ด้วยทฤษฎีว่าด้วยระบบอันซับซ้อน (theory of complex systems)

ขณะที่ มานาเบะ และฮาสเซิลมานน์ ได้วางรากฐานองค์ความรู้ที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกที่มีสาเหตุจากมนุษย์ ปาริซีก็ช่วยให้เราเข้าใจสิ่งที่ดูเหมือนยุ่งเหยิงไร้ระเบียบได้อย่างเป็นระบบมากขึ้น

 

อ้างอิง: nature.com, bbc.com, nobelprize.org, nobelprize.org

Share article
  • Line
  • link
creator
Author
กองบรรณาธิการ
กองบรรณาธิการไทยรัฐพลัส

Follow