×

รางวัลโนเบลสาขาเคมี 2021 แด่นักวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์สู่การพัฒนาอุตสาหกรรมยารักษาโรค

14.10.2021
  • LOADING...
รางวัลโนเบลสาขาเคมี 2021

HIGHLIGHTS

3 mins. read
  • เมื่อวันที่ 6 ตุลาคมที่ผ่านมานี้ The Royal Swedish Academy of Sciences ก็ได้ประกาศรายชื่อนักเคมีที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2021 ได้แก่ เบนจามิน ลิสต์ (Benjamin List) และ เดวิด แมคมิลแลน (David MacMillan) นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองท่านได้รับรางวัลในฐานะผู้จุดประกายและบุกเบิกการเร่งปฏิกิริยาเคมีด้วยสารอินทรีย์อย่างง่าย และควบคุมทิศทางปฏิกิริยาในลักษณะ ‘ไม่สมมาตร’ ได้
  • หัวใจของปฏิกิริยาเคมีคือการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนไปมาระหว่างอะตอมต่างๆ ของสารตั้งต้น ปฏิกิริยาเคมีสามารถเกิดช้า เกิดเร็ว เกิดยาก หรือเกิดง่ายก็ได้ ขึ้นอยู่กับว่าการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจะยากง่ายขนาดไหน 
  • ในปี ค.ศ. 2000 ลิสต์และแมคมิลแลนต่างก็ทำการศึกษา Organocatalyst ขนาดเล็กอย่างเป็นเรื่องเป็นราว และตีพิมพ์ผลการวิจัยโดยไม่ได้นัดหมายกันมาก่อน ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา วงการเคมีด้านการเร่งปฏิกิริยาก็ได้สรรค์สร้าง Organocatalyst ที่เป็นสารอินทรีย์ขนาดเล็กออกมาใช้งานได้จริงเป็นจำนวนมาก แต่ความน่าทึ่งอีกอย่างหนึ่งของสิ่งที่ลิสต์และแมคมิลแลนค้นพบคือ ประโยชน์ในการสังเคราะห์สารในระดับอุตสาหกรรม

เมื่อวันที่ 6 ตุลาคมที่ผ่านมานี้ The Royal Swedish Academy of Sciences ก็ได้ประกาศรายชื่อนักเคมีที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2021 ได้แก่ เบนจามิน ลิสต์ (Benjamin List) และ เดวิด แมคมิลแลน (David MacMillan) นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองท่านได้รับรางวัลในฐานะผู้จุดประกายและบุกเบิกการเร่งปฏิกิริยาเคมีด้วยสารอินทรีย์อย่างง่าย และควบคุมทิศทางปฏิกิริยาในลักษณะ ‘ไม่สมมาตร’ ได้ คำว่าไม่สมมาตรนี้คืออะไรเดี๋ยวจะอธิบายต่อไป ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจกันเรื่องปฏิกิริยาเคมีสักหน่อย

 

หัวใจของปฏิกิริยาเคมีคือการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนไปมาระหว่างอะตอมต่างๆ ของสารตั้งต้น ปฏิกิริยาเคมีสามารถเกิดช้า เกิดเร็ว เกิดยาก หรือเกิดง่ายก็ได้ ขึ้นอยู่กับว่าการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจะยากง่ายขนาดไหน 

 

หนึ่งในวิธีที่ช่วยให้ง่ายขึ้นคือ เอา ‘ตัวเร่งปฏิกิริยา’ (Catalyst) มาร่วมด้วย แต่ที่ว่า ‘ร่วม’ นี้ ไม่ได้ร่วมในฐานะสารตั้งต้น แต่ในฐานะคนนอกที่เข้ามาแทรกแซงส่งอิทธิพลต่อการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน เช่น อาจจะบริจาคอิเล็กตรอนให้สารตั้งต้นไปใช้ชั่วคราว หรือรับฝากอิเล็กตรอนชั่วคราวไว้ก่อนก็ได้

 

อิทธิพลลักษณะนี้ปรากฏในโลหะ เพราะโลหะสามารถรับและปล่อยอิเล็กตรอนโดยอาศัยพลังงานแค่นิดเดียว แต่ก็ไม่ใช่โลหะทุกชนิดที่จะเอามาใช้ได้จริงในทางปฏิบัติ เพราะโลหะนั้นต้องไม่ทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นเสียเองด้วย และต้องไม่ทำปฏิกิริยากับสารอื่นๆ ที่เป็นสิ่งแวดล้อมของปฏิกิริยา เช่น น้ำหรือออกซิเจน กลายเป็นว่าโลหะที่เหมาะก็จะมีแต่โลหะแพงๆ เช่น แพลทินัมหรือแพลเลเดียม ซึ่งหายากและผลิตให้บริสุทธิ์ยาก แพลทินัมที่ขุดได้ส่วนใหญ่ จริงๆ ก็คือเอามาเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี เช่น ในระบบท่อไอเสียรถจะมีแพลทินัมคอยเร่งให้คาร์บอนมอนอกไซด์ในไอเสียทำปฏิกิริยากับออกซิเจนกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ได้เร็วๆ จะได้ไม่เป็นพิษต่อมนุษย์ ถ้าปล่อยให้เกิดปฏิกิริยาเองตามธรรมชาติอาจจะไม่ทันกับปริมาณไอเสียที่ปล่อยออกมา

 

นอกจากโลหะแล้ว สารประเภทเอนไซม์ก็เร่งปฏิกิริยาโดย ‘บริจาค’ และ ‘รับฝาก’ อิเล็กตรอนได้เช่นกัน แต่นอกจากกลไกนี้แล้ว เอนไซม์ยังสามารถมีอิทธิพลแบบอื่นได้ด้วย เช่น ไปเปลี่ยนแปลงการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในสารตั้งต้นให้อยู่ในลักษณะที่เกิดปฏิกิริยาได้ง่ายขึ้น เช่น อาจจะไปช่วยให้พันธะเคมีที่มีอยู่เดิม ‘หลวมขึ้นหน่อย’ ด้วยการดูดหรือผลักสารตั้งต้นแบบอ่อนๆ

 

เนื่องจากเอนไซม์เป็นสารอินทรีย์ ดังนั้นเอนไซม์จึงเป็นตัวอย่างหนึ่งของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นสารอินทรีย์ เรียกด้วยศัพท์วิทยาศาสตร์ว่า Organocatalyst แต่เอนไซม์เป็นสารอินทรีย์ขนาดใหญ่และซับซ้อน คำถามคือ มีสารอินทรีย์ขนาดเล็ก (เช่น กรดอะมิโน) ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้หรือเปล่า?

 

ในปี ค.ศ. 2000 ลิสต์และแมคมิลแลนต่างก็ทำการศึกษา Organocatalyst ขนาดเล็กอย่างเป็นเรื่องเป็นราว และตีพิมพ์ผลการวิจัยโดยไม่ได้นัดหมายกันมาก่อน ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา วงการเคมีด้านการเร่งปฏิกิริยาก็ได้สรรค์สร้าง Organocatalyst ที่เป็นสารอินทรีย์ขนาดเล็กออกมาใช้งานได้จริงเป็นจำนวนมาก แต่ความน่าทึ่งอีกอย่างหนึ่งของสิ่งที่ลิสต์และแมคมิลแลนค้นพบคือ ประโยชน์ในการสังเคราะห์สารในระดับอุตสาหกรรม

 

การสังเคราะห์สารเคมีที่ต้องการในระดับอุตสาหกรรมไม่ได้ใช้ปฏิกิริยาเดียวแล้วจบ แต่ต้องใช้ปฏิกิริยาย่อยหลายๆ ขั้นเป็นจำนวนมาก เวลานักเคมีจะสังเคราะห์อะไรที จะมีการวางแผนอย่างชัดเจนเป็น ‘Protocol’ ว่าจะต้องให้เกิดอะไรขึ้นก่อนหลังบ้าง ในสัดส่วนเท่าไร ฯลฯ

 

อย่างไรก็ดี ท้ายสุดแล้ว สารเคมีที่สังเคราะห์ได้จะออกมาเป็น 2 แบบ (ภาษาเคมีเรียก Enantiomer) ที่มีโครงสร้างและองค์ประกอบเหมือนกัน ในปริมาณเท่าๆ กัน แต่ตัวหนึ่งเป็นเหมือนภาพสะท้อนกระจกของอีกตัวหนึ่ง อารมณ์คล้ายกับมีมือสองข้างที่ทุกอย่างเหมือนกันเป๊ะ แต่อันนึงเป็นมือซ้าย อีกอันเป็นมือขวา ทว่าเราไม่ได้ต้องการ 2 แบบ เราต้องการแค่แบบเดียว แบบหนึ่งอาจจะมีประโยชน์เป็นยารักษาโรค แต่อีกแบบอาจจะมีโทษต่อร่างกายก็ได้ (อันนี้ยกตัวอย่างเฉยๆ นะ)

 

ลิสต์และแมคมิลแลนค้นพบว่า Organocatalyst ขนาดเล็กหลายชนิด สามารถเข้าไปเป็นส่วนหนึ่งของปฏิกิริยาขั้นย่อยได้เองในลักษณะที่ทำให้ Protocol หนึ่งๆ สร้างสารปลายทางออกมาแค่แบบเดียวในตอนจบ นี่คือความหมายของคำว่า ‘ไม่สมมาตร’ ที่กล่าวไว้ในตอนต้นนั่นเอง

 

กล่าวแบบนักเคมีคือ Asymmetric Organocatalysis ก่อให้เกิด Protocol มากมายที่มีคุณูปการต่อการสังเคราะห์สารเคมี (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ยา) ในระดับอุตสาหกรรม และแน่นอนว่าการใช้สารอินทรีย์ที่ผลิตง่ายและย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ ย่อมดีกว่าการพึ่งพาโลหะแพงๆ ที่ต้องไปขุดมาจากเหมืองแบบทำลายสิ่งแวดล้อมด้วย

 

อ้างอิง:

  • LOADING...

READ MORE






Latest Stories

Close Advertising