Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

Нобелевская премия по химии обошлась в сотни тонн драгоценного металла

Добавлено: 2010-10-09, просмотров: 2199



 

Премия досталась за изучение катализаторов на основе драгоценного металла, который также производят и в слитках для инвестиций


Нобелевскую премию по химии вопреки всем ожиданиям вручили не за биохимию или наноматериалы. Приз ушел «чистым» химикам, изучавшим химические свойства палладия как катализатора.

Это стало нарушением наметившейся в последние годы тенденции давать самую почетную награду научного мира ученым, работавшим на стыке наук. В 2000-х годах только три раза приз уходил ученым, чья работа не затрагивала напрямую биологию или материаловедение, и в этом году большинство прогнозов тоже обещали премию либо биохимикам, либо специалистам по наноупорядоченным материалам.

В 2010 году приз ушел Ричарду Хеку (Richard Heck), Ей-ичи Негиши (Ei-ichi Nagishi) и Акире Сузуки. Эти исследователи разработали катализаторы, которые можно применять для перестройки органических молекул самым различным образом: линейные молекулы палладий позволяет сгибать в кольца, две молекулы сшивать друг с другом и обращаться с ними практически так же, как с деталями детского конструктора.

Палладий под электронным микроскопом. Видно, что его поверхность далеко не ровная плоскость, а скорее похожа на какой-то растительный покров. За счет этой особенности многократно увеличивается доступная площадь катализатора.

Палладий под электронным микроскопом. Видно, что его поверхность далеко не ровная плоскость, а скорее похожа на какой-то растительный покров. За счет этой особенности многократно увеличивается доступная площадь катализатора.

Источник: Pacific Northwest National laboratory

Внедрение палладия в химическую промышленность затронуло практически все сферы жизни и попутно увеличило потребность в этом металле на сотню тонн в год.

Что сказал победитель?

После того как победители были названы, из нобелевского комитета позвонили Ей-ичи Нагиши, и после поздравлений ученый дал небольшое интервью собравшимся на пресс-конференции журналистам.

— Что Вы думаете по поводу Нобелевской премии?
— Когда пол столетия назад я приехал в США, то, честно говоря, уже мечтал о получении этого приза (смеется). Правда, вначале это было всего лишь фантазией, и лишь когда я оказался в Пенсильванском университете, то понял что это не просто мечта. Работая с людьми, которые сами были нобелевскими лауреатами, я осознал— если делать хорошие вещи правильным образом, премия сама последует за этим.

— Что Вы сделаете с деньгами? — Теперь половина моих жизненных целей достигнута... однако я предпочел бы поработать еще. Хотя бы несколько лет (смеется). (Негиши 75 лет.— прим. GZT.RU). Ах, Вы насчет денег? Ну, их вложу в дальнейшие исследования.

Нужное место

По словам Негиши, США были правильным местом- именно туда надо было ехать ученому, который хотел достичь результатов, достойных Нобелевской премии. Отчасти потому, что там работали исследователи, получившие премию раньше, отчасти— из-за общего научного и промышленного потенциала государства.

— Ваши реакции запатентованы?
— Нет. Я счел, что если их не патентовать, то это облегчит другим людям исследования в этой области.

Лауреат Нобелевской премии по химии 1912 года, Виктор Гриньяр. Пройдет почти сто лет и премию дадут ученым, разработавшим еще более удачную реакцию, позволяющую практически произвольно модифицировать органические молекулы.

Лауреат Нобелевской премии по химии 1912 года, Виктор Гриньяр. Пройдет почти сто лет и премию дадут ученым, разработавшим еще более удачную реакцию, позволяющую практически произвольно модифицировать органические молекулы.

Источник: сайт нобелевского комитета

— А где они применяются?
— Мы разработали универсальный метод. Он позволяет работать с очень многими веществами, поэтому это и фармакология, и производство разных материалов. Для примера возьмем реакцию Гриньяра, Вы (обращаясь к журналисту) с ней знакомы?

— Увы, нет.
— Эта реакция принесла ее автору, французскому химику Виктору Гриньяру, Нобелевскую премию в 1912 году. Мы сделали нечто подобное, универсальное для промышленности, этот метод позволяет получить самые разные вещества.

Где это работает

Почему изучение химических реакций признали столь важным? Прямо перед вами сейчас пластиковый корпус монитора компьютера, внутри которого есть покрытые пластиковой изоляцией провода, пластиковая основа электронных плат, все это стоит со значительной вероятностью на столе, где тоже не обошлось без пластика. С еще большей вероятностью синтетические материалы присутствуют в одежде, а большинство лекарств основаны на веществах, которые тоже синтезированы на основе органических молекул.

Подобные обозначения на пластиковых предметах позволяют идентифицировать материал. 



1 - полиэтилентерефталат

2 - полиэтилен высокой плотности

3 - поливинилхлорид, ПВХ

4 - полиэтилен низкой плотности

5 - полипропилен

6 - полистирол

7 - прочие пластики



Стоит помнить, что ПВХ горит с образованием токсичных продуктов и не выносит нагрева, а наливать кипяток в полиэтилен низкой плотности - тоже плохая идея.

Подобные обозначения на пластиковых предметах позволяют идентифицировать материал. 1 - полиэтилентерефталат 2 - полиэтилен высокой плотности 3 - поливинилхлорид, ПВХ 4 - полиэтилен низкой плотности 5 - полипропилен 6 - полистирол 7 - прочие пластики Стоит помнить, что ПВХ горит с образованием токсичных продуктов и не выносит нагрева, а наливать кипяток в полиэтилен низкой плотности - тоже плохая идея.

Детская игрушка. Протез сосуда. Корпус прибора, установленного на космическом аппарате. Крыша теплицы. Антибиотик. Электрический кабель. Неудивительно, что при таком изобилии нобелевскому лауреату пришлось ограничится лишь общими словами при ответе на вопрос: «А где это в наибольшей степени влияет на жизнь людей?»— абсолютно непонятно, какое применение пластиков признать самым важным.

Можно заметить, что пластмассы были и до работ по палладиевым катализаторам. Это будет абсолютно верно, но представитель нобелевского комитета отдельно подчеркнул— переход к палладиевым катализаторам позволил сделать получение нужного вещества проще и отчасти безопаснее, так как снизилась потребность в реактивах, представляющих собой броморганические соединения.

Драгоценный металл

Палладий— металл не дешевый. Он всего вчетверо дешевле платины и во многом схож с ней: прежде всего с точки зрения химиков. Палладий выдерживает контакт с большинством известных веществ, его не берут кислоты и щелочи (по крайней мере без нагрева), на него не действует фтор— но при этом он может ускорять протекание сразу нескольких разных химических реакций.

Помимо химической промышленности палладий используется в автомобилях. Тоже как катализатор, но на этот раз для дожигания токсичных веществ, образующихся из-за неполного сгорания топлива. Палладиевый катализатор встраивается в специальный блок, расположенный на выхлопной трубе последовательно с глушителем— часто эту деталь в целом называют «катализатором».

Кого называли?

Нобелевский комитет хранит тайны до последнего... а списки тех, кого отклонили, разглашаются не ранее, чем через полвека. И в этом году большая часть прогнозов провалилась. Перечислим тех, кого пророчили в лауреаты.

Патрик Браун— за создание ДНК-биочипов. Суть этого изобретения на стыке химии и биологии такова: на стеклянной пластине расположены сотни и тысячи небольших лунок, каждая из которых содержит ничтожное количество ДНК. В каждой лунке находятся короткие фрагменты молекулы ДНК, которые отличаются от всех прочих фрагментов- и которые способны прореагировать только с определенными местом в цельной молекуле ДНК.


Если в анализируемой ДНК есть такой фрагмент, то в лунке проходит химическая реакция, которая заставляет лунку светится под объективом флуоресцентного микроскопа. Таким образом ученые по простой фотографии биочипа тут же узнают, какие фрагменты были в исследуемой ДНК; так можно опознать опасный штамм бактерии или выяснить, чья же чешуйка кожи найдена на месте преступления.

Аналогия

Предположим, есть книга без обложки и первых страниц на суахили или тайском— языке, который абсолютно не знаком, потому понять, что это за книга, нельзя. Но если есть каталог тайских книг с картинками обложек и подстрочным переводом аннотаций на русский, то можно попробовать установить тематику книги путем поиска в ней характерных слов; именно это делают биочипами. Сочетание последовательности символов, про которую мы знаем, что она соответствует слову «прочность» с последовательностями «балка», «мост» и «сварный шов» позволит отличить справочник инженера от кулинарной книги, перевода «Войны и мира» и книги об астрономии. Биологи не могут бегло читать ДНК, тут же объясняя последовательность, но поиск знакомых мест позволяет сделать довольно многое и без полного понимания.

Вторый кандидат, называвшийся Thomson Reuters, Стивен Липпард— также работал с ДНК. Но в несколько ином ключе— ученый изучал молекулы, способные вклиниваться между звеньями ДНК и тем самым блокировать ее копирование. Может показаться, что никакой пользы от таких веществ, называемых интеркаляторами, быть не может, но на практике подавление копирования основной «молекулы жизни» оказалось эффективным способом борьбы с ростом раковых опухолей. Конечно, не без побочных эффектов, но химиотерапия в целом не может быть названа легкой для пациента.

Действие интеркаляторов - вещество встраивается в молекулу ДНК, блокируя ее копирование (репликацию).

Действие интеркаляторов - вещество встраивается в молекулу ДНК, блокируя ее копирование (репликацию).

Источник: Karol Langner

Липпард изучал интеркаляторы, содержащие атомы металла— металлоинтеркаляторы.

Словарик на тему генетики

Ген – участок ДНК, на котором записана информация о структуре молекулы РНК, синтезируемой на матрице ДНК. На основе многих молекул РНК синтезируются белки, но некоторые РНК выполняют определенные функции в клетках и сами по себе.

Подробнее

Сусуми Китагава из университета Киото и Омар Ягхи из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе изучали пористые материалы, кристаллы с очень низкой плотностью. Вещества, способные формировать материалы с огромным количеством микроскопических пор, привлекают специалистов сразу в нескольких отраслях: химики-технологи используют их как катализаторы, при помощи микропор можно очищать газы или разделять их смеси, микропористые электроды в аккумуляторах способны резко повысить их емкость и надежность.

Нанотехнологии

Для повышения емкости аккумуляторов также попробовали использовать углеродные нанотрубки. Эксперименты показали, что так можно поднять емкость батарей в разы или даже в десяток раз!

А Микаэль Гретцель из Политехнической школы в Лозанне (Швейцария) разработал новый тип солнечных батарей и предложивший использовать материалы с упорядоченной на микроскопическом уровне структурой (наноматериалы) для производства литиевых аккумуляторов. Эти два достижения способны серьезно повлиять на мировую энергетику: солнечные батареи к середине столетия вполне могут потеснить ТЭЦ и АЭС, а литиевые аккумуляторы уже сейчас стоят почти в каждом мобильном телефоне, ноутбуке или фотоаппарате.