De Nobelprijs voor de Scheikunde [update 2023]

Het begon allemaal met hem – Alfred Nobel

Alfred Nobel was de grondlegger van het idee om prijzen uit te reiken voor uitzonderlijke prestaties. Hij was een uitvinder, ondernemer, wetenschapper en zakenman. Hij schreef ook gedichten en toneelstukken. Het extreem rijke en kleurrijke leven van deze Zweedse ingenieur is onmogelijk in een paar zinnen te beschrijven. In 1862 opende de toekomstige grondlegger van de Nobelprijs een fabriek die het explosieve en zeer onstabiele nitroglycerine produceerde. Een van de ongecontroleerde explosies in de fabriek resulteerde in de dood van zijn broer. Nadat hij een ontsteker had gebouwd, werd hij beroemd als uitvinder, en tegelijkertijd breidde hij zijn fortuin uit als fabrikant van explosieven. Hij is de meest bekende vanwege het uitvinden van dynamiet in 1867. Zijn vele uitvindingen omvatten primer, straalgelatine en ballistiet. In totaal zijn we ruim 350 patenten in verschillende landen aan Nobel verschuldigd. Zijn gevarieerde interesses kwamen tot uiting en vormden de basis voor de prijs die hij vervolgens in het leven riep, de basis waarvoor hij in 1895 legde. Op dat moment stelde hij zijn laatste testament op, waarin hij een groot deel van zijn enorme landgoed naliet om er een te bouwen. de prijs. De naar hem genoemde prijs wordt toegekend voor uitzonderlijke prestaties, aangezien hij zelf een aanzienlijke bijdrage heeft geleverd aan de vooruitgang van de mensheid. We kunnen alleen maar speculeren waarom hij besloot zijn fortuin te wijden aan ontdekkingen en de wereld van de wetenschap. Als persoon was Alfred Nobel een man van weinig woorden. Waarschijnlijk heeft hij nooit iemand in vertrouwen genomen waarom hij deze beslissing in de maanden vóór zijn dood nam. Tegenwoordig wordt aangenomen dat het werd beïnvloed door een bepaald incident uit 1888, dat mogelijk tot een reeks reflecties heeft geleid en heeft geculmineerd in de oprichting van de Nobelprijs. In 1888 stierf Alfreds broer, Ludvig, in Cannes, Frankrijk. Kranten berichtten over de dood van Ludvig, maar verwarden hem met Alfred en drukten de kop ‘De koopman van de dood is dood’.

Wie was de eerste Nobelprijswinnaar in de scheikunde?

De laureaten ontvingen hun Nobelprijzen voor het eerst in 1901, vier jaar na de dood van Alfred Nobel. De Nobelprijs voor de Scheikunde ging naar Jacobus van ‘t Hoff. Hij was de grondlegger van de moderne fysische chemie. Het Nobelcomité rechtvaardigde de keuze van Van ‘t Hoff als volgt: ‘als erkenning voor de buitengewone bijdrage die is geleverd aan het ontdekken van de wetten van de chemische dynamica en de osmotische druk in oplossingen’. Deze Nederlandse scheikundige had een aanzienlijke invloed op de ontwikkeling van de scheikunde, en de theorieën die hij voorstelde worden tot op de dag van vandaag gebruikt. In 1874 verklaarde hij het fenomeen optische activiteit door aan te nemen dat chemische bindingen tussen koolstof en aangrenzende atomen naar de hoeken van een regelmatige tetraëder wijzen. Interessant genoeg ontving hij voor dit baanbrekende voorstel niet de Nobelprijs voor de Scheikunde. Op 22-jarige leeftijd publiceerde hij zijn revolutionaire ideeën, die ertoe leidden dat scheikundigen moleculen gingen zien als objecten met een specifieke structuur en driedimensionale vormen. Hij introduceerde ook het moderne concept van chemische affiniteit. Hij demonstreerde de gelijkenis tussen het gedrag van verdunde oplossingen en gassen. Jacobus van ‘t Hoff werkte ook aan de theorie van de dissociatie van elektrolyten, die Svante Arrhenius in 1889 introduceerde. Door zijn studies gaf Van ‘t Hoff een fysieke onderbouwing voor de Arrhenius-vergelijking.

Marie Skłodowska-Curie

Onder de laureaten van de Nobelprijs voor de Scheikunde bevindt zich Marie Skłodowska-Curie. Ze werd tweemaal laureaat van deze prestigieuze prijs. De tweede keer ontving ze het samen met haar man, op het gebied van de natuurkunde voor onderzoek naar radioactiviteit. Haar buitengewone wetenschappelijke prestaties en het respect dat ze won in een tijd waarin de meeste universiteiten zelfs geen vrouwen toelieten en ze zelf moest vechten voor haar rechtmatige plaats in de wereld van de wetenschap, wekken grote bewondering. In 1911 ontving Marie Skłodowska-Curie de Nobelprijs voor de Scheikunde, dit keer individueel. Het Nobelcomité besloot haar te eren voor de ontdekking van twee radioactieve elementen: radium en polonium. Na deze ontdekking zette Marie het onderzoek naar hun eigenschappen voort. In 1910 slaagde ze erin puur radium te produceren. Op deze manier bewees ze zonder enige twijfel dat het nieuwe element bestond. In de loop van haar verdere onderzoek documenteerde ze ook de eigenschappen die radioactieve elementen en hun verbindingen kenmerken. Dankzij het werk van deze Poolse Nobelprijswinnaar zijn radioactieve verbindingen een belangrijke stralingsbron geworden, zowel in wetenschappelijke experimenten als in de geneeskunde, waar ze worden gebruikt om kanker te behandelen. Marie onderhield haar hele leven haar banden met Polen. Poolse beurswinnaars zouden gaan werken in het Radium Instituut, opgericht op haar initiatief in Parijs. Zelf zou ze lezingen geven in Polen en talloze artikelen publiceren waarin ze de effecten van haar experimenten presenteerde in Poolse wetenschappelijke tijdschriften. Marie Skłodowska-Curie is de eerste vrouw uit Polen en zelfs de hele wereld die deze prestigieuze prijs wint, en hopelijk niet de laatste.

Hoogtepunten van ontdekkingen die de afgelopen jaren zijn bekroond met de Nobelprijs voor de Scheikunde

Bij het selecteren van de Nobelprijswinnaars volgt het Nobelcomité het criterium van het erkennen van bovenal ontdekkingen die baanbrekend zijn voor de mensheid, die het niveau van de huidige kennis op een bepaald gebied vergroten. De prijs wordt minder vaak toegekend voor specifieke uitvindingen. Je moet echter niet vergeten dat revolutionaire theorieën vaak worden gevolgd door vele patenten die ons dagelijks leven veranderen. In 2015 waren de Nobelprijswinnaars in de scheikunde Tomas Lindahl, Paul Modrich en Aziz Sancar. Zij ontvingen deze onderscheiding voor mechanistisch onderzoek naar DNA-reparatie. In hun onderzoek werd op moleculair niveau uitgelegd hoe cellen beschadigd DNA kunnen repareren en daarmee genetische informatie kunnen beschermen. Laureaten van de Nobelprijs voor de Scheikunde hebben aldus bijgedragen aan het onderzoeken van de mechanismen achter de ontwikkeling van kanker. Dit geeft aan dat tumoren het gevolg zijn van stoornissen in herstelprocessen. Dergelijke schade treedt voortdurend op in ons lichaam. Meestal wordt het veroorzaakt door middelen zoals vrije radicalen of straling. Het onderzoek van deze drie wetenschappers vormde een basis voor het begrijpen van het evolutiemechanisme van de levende wereld. Hun prestaties worden toegepast bij de ontwikkeling van moderne kankerbehandelingen. Roger D. Kornberg uit de Verenigde Staten ontving in 2006 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor onderzoek naar het moleculaire mechanisme van transcriptie in eukaryotische cellen. Zijn wetenschappelijke werk behandelt de kwesties van het kopiëren van genetisch materiaal, dat is opgeslagen in cellulair DNA. Om genetisch materiaal te laten werken, is het noodzakelijk om het te ‘kopiëren’ of te transcriberen van DNA naar RNA en vervolgens naar eiwitten. De Nobelprijswinnaar heeft aangetoond dat het een fundamenteel proces is voor het leven van alle cellen. Bovendien ontwikkelde hij een model dat de werking ervan verklaarde. Ook dit onderzoek heeft bijgedragen aan de vooruitgang in de geneeskunde. Het vergemakkelijkt het werk bij de behandeling van vele ziekten en genetische aandoeningen enorm. Dergelijke aandoeningen creëren niet alleen een gevaarlijk potentieel voor de ontwikkeling van kanker, maar ook voor hartziekten en diverse ontstekingsaandoeningen. In 2011 werd de Nobelprijs voor de Scheikunde toegekend voor een ontdekking in de wetenschappelijke wereld die uitzonderlijk uniek was. De in Israël geboren Daniel Shechtman ontdekte zogenaamde quasi-kristallen, chemische structuren die qua structuur op een mozaïek lijken. Deze gebeurtenis was bijzonder baanbrekend omdat voorheen het bestaan ​​van deze structuren onmogelijk werd geacht. Quasikristallen hebben de speciale vorm van een vaste stof, waarbij atomen zichzelf rangschikken in een schijnbaar regelmatige maar niet-herhalende structuur. Het is dus onmogelijk om hun primitieve cellen te identificeren. Shechtman ontdekte quasi-kristallen in 1982. De wetenschappelijke wereld keek destijds met grote scepsis naar deze ontdekking. Maandenlang probeerde Shechtman tevergeefs zijn collega’s ervan te overtuigen dat hij gelijk had. Uiteindelijk werd hem gevraagd het onderzoeksteam te verlaten. Pas in 1987 bevestigden Franse en Japanse wetenschappers de ontdekking van Shechtman van vijf jaar daarvoor.

De Nobelprijs voor de Scheikunde in 2023

Het jaar 2023 heeft ons goed nieuws gebracht uit de wereld van de wetenschap! Een team van drie wetenschappers – Moungi G. Bawendi van het Massachusetts Institute of Technology, Louis E. Brus van Columbia University en Alexei I. Ekimov van Nanocrystals Technology Inc., ontving de Nobelprijs voor de scheikunde. De prijs werd toegekend voor de " ontdekking en synthese van kwantumdots ". De wetenschappers hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van de kwantummechanica door nanodeeltjes met een extreem groot potentieel te ontwikkelen. Quantum dots zijn nanodeeltjes met afmetingen van slechts enkele tot enkele tientallen nanometers en unieke fysische en chemische eigenschappen. Ze behoren tot de groep van halfgeleider-nanokristallen en zijn door hun formaat geschikt voor toepassingen in de nanotechnologie. Hun belangrijkste effect is gebaseerd op de absorptie en emissie van straling. In 1981 werden kwantumdots voor het eerst gesynthetiseerd in een glasmatrix door de laureaat van dit jaar – Alexei Ekimov. Twee jaar later werd dezelfde structuur verkregen in een colloïdale suspensie door een andere van de bekroonde wetenschappers: Louis Brus. Momenteel kunnen deze nanodeeltjes via veel verschillende chemische reacties worden verkregen. Een van de momenteel meest populaire en meest gebruikte syntheseroutes is echter een methode die is gepatenteerd door het onderzoeksteam onder leiding van Moungi G. Bawendi, waarmee bijna perfecte moleculen kunnen worden verkregen. De ongebruikelijke optische en elektronische eigenschappen van deze nanostructuren (waaronder een hoge verzwakkingscoëfficiënt en niet-lineaire processen die daarin plaatsvinden) bieden een breed scala aan toepassingsmogelijkheden op veel gebieden van wetenschap en technologie. De verbeterde fotostabiliteit van kwantumstippen maakt hun effectieve gebruik in de medische diagnostiek mogelijk. Ze hebben een langer en beter effect in vergelijking met gewone contrastmiddelen, kleurstoffen en andere indicatoren. De hierboven genoemde eigenschappen maken het gebruik van deze nanodeeltjes mogelijk in complexe antikankerbehandelingen. Er wordt ook onderzoek gedaan naar hun antibacteriële potentieel. Quantum dots worden ook gebruikt om licht uit te zenden van tv-schermen met een hoge beeldnauwkeurigheid, maar ook van LED-lampen. Ze worden ook gebruikt in PV-apparaten en veel andere apparatuur. Volgens wetenschappers zijn kwantumdots de toekomst van de evoluerende ‘flexibele elektronica’, kleine sensoren en kwantumcryptografie.

De Nobelprijs voor de Scheikunde in 2022

In 2022 besloot de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen de Nobelprijs voor scheikunde aan drie mensen toe te kennen. De winnaars van deze prestigieuze prijs dit jaar zijn Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal en K. Barry Sharpless. Ze zijn beloond voor “de ontwikkeling van klikchemie en bioorthogonale chemie”. Karl Barry Sharpless en Morten Meldal hebben vooral bijgedragen aan de ontwikkeling van de functionele vorm van klikchemie. De commissie benadrukte het unieke karakter van deze methode, die het mogelijk maakt snelle en eenvoudige reacties uit te voeren zonder bijproducten. Ook moet worden onderstreept dat Karl Barry Sharpless voor de tweede keer de Nobelprijs ontving. Hij kreeg de eerste prijs in 2001 voor zijn onderzoek naar de synthese van hartmedicijnen, de zogenaamde bètablokkers. Carolyn Ruth Bertozzi is verantwoordelijk voor het uitbreiden van het wetenschapswoordenboek met de term ‘bioorthogonale chemie’. Het werd al in 2003 voor het eerst gebruikt en sindsdien is het vakgebied effectief ontwikkeld, waardoor onze kennis over de processen die in levende cellen plaatsvinden, is verbeterd. De “klikchemie” wordt vergeleken met het bouwen van structuren van LEGO-blokken. Door specifieke fragmenten van moleculen te gebruiken, kunnen we ze samenvoegen om verbindingen met een hoge complexiteit en diversiteit te vormen. De combinatie van relatief eenvoudige ‘chemische blokken’ maakt een vrijwel onbeperkte diversiteit aan moleculen mogelijk. De bioorthogonale chemie maakt het mogelijk om de chemische processen die plaatsvinden in levende cellen te monitoren zonder deze te beschadigen. Dit geeft de mogelijkheid om ziekten te onderzoeken die in cellen of in complexe organismen voorkomen. Heeft het onderzoek van de Nobelprijswinnaars van dit jaar invloed op ons dagelijks leven? Ja heel veel! De beschreven mechanismen kunnen vooral in de farmacie en de geneeskunde worden toegepast, bijvoorbeeld om de productie van medicijnen effectiever te maken. Tegenwoordig is het vaak ingewikkeld en dus tijdrovend en duur. Click-chemie en bio-orthogonale chemie zullen processen zoals het kanaliseren van antineoplastische medicijnen stroomlijnen, maar zullen ook onze kennis en prestaties op het gebied van antibiotica, herbiciden en diagnostische tests uitbreiden. Bovendien zullen ze vooruitgang boeken in de synthese van de zogenaamde intelligente materialen, omdat het gemakkelijk zal zijn om individuele elementen samen te voegen. Zelfs nu nog is bioorthogonale chemie wereldwijd bekend en wordt deze gebruikt om verschillende biologische processen te volgen, vooral op het gebied van de bestrijding van tumoren. De combinatie van deze nieuwe technologieën stelt ons in staat meer te leren over cellen en biologische processen. De vorming van complexe moleculen door het koppelen van individuele elementen zal de vorming van bijproducten aanzienlijk verminderen of volledig elimineren.

De Nobelprijs voor de Scheikunde in 2021

In 2021 nam het Nobelcomité een besluit dat afweek van de wijdverbreide speculatie dat de prijs zou worden toegekend aan de wetenschappers die verantwoordelijk waren voor de creatie van de innovatieve RNA-vaccins. Deze Nobelprijs voor de Scheikunde van 2021 ging naar Benjamin List en David MacMillan. Zij ontvingen deze onderscheiding voor het ontwikkelen van asymmetrische organische katalyse. Sommigen noemen dit hulpmiddel voor het bouwen van chemische moleculen openlijk een geniaal werk. Bovendien heeft hun methode bijgedragen aan de verdere ontwikkeling van “Green Chemistry” , die streeft naar het behoud van harmonie met de natuurlijke omgeving. Het bouwen van moleculen is geen eenvoudig ambacht. De laureaten van 2021 creëerden een nauwkeurig hulpmiddel voor moleculaire constructie of organokatalyse. Veel onderzoeksgebieden en industrieën zijn afhankelijk van het vermogen van scheikundigen om moleculen te bouwen die elastische en duurzame materialen kunnen vormen, energie kunnen opslaan in batterijen of de groei van ziekten kunnen remmen. Voor dit werk zijn katalysatoren nodig, dit zijn stoffen die chemische reacties controleren en versnellen. Tegelijkertijd maken ze geen deel uit van het eindproduct. Katalysatoren zijn daarom essentiële hulpmiddelen waarover chemici beschikken. Wetenschappers hebben echter lange tijd geloofd dat er slechts twee soorten katalysatoren zijn: metalen en enzymen. Benjamin List en David MacMillan ontvingen in 2021 de Nobelprijs voor de Scheikunde omdat ze in 2020 een derde type katalyse ontwikkelden. Opgemerkt moet worden dat beide wetenschappers hun onderzoek onafhankelijk van elkaar hebben uitgevoerd. Als resultaat van hun wetenschappelijke werk creëerden ze asymmetrische organokatalyse. Het idee is gebaseerd op kleine organische moleculen. Een voordeel van deze methode is zeker de grote eenvoud ervan. Organische katalysatoren hebben een stabiele ruggengraat gemaakt van koolstofatomen. Aan deze kernketen kunnen actievere chemische groepen worden vastgemaakt. Deze groepen bevatten vaak gemeenschappelijke elementen, zoals zuurstof, stikstof, zwavel of fosfor. Uiteindelijk zijn dergelijke katalysatoren niet alleen milieuvriendelijk, maar zijn hun productiekosten ook niet substantieel. De groeiende belangstelling voor organische katalysatoren komt voornamelijk voort uit hun vermogen om asymmetrische katalyse aan te sturen. In de meest algemene termen kunnen er bij de vorming van een molecuul vaak twee verschillende moleculen ontstaan, die spiegelbeelden van zichzelf zijn. Vooral in de farmaceutische industrie willen scheikundigen slechts één van deze vormen produceren, omdat in veel gevallen de ene structuur een therapeutisch effect heeft, terwijl de andere zeer giftig is. De ontwikkeling van asymmetrische organische katalyse zal in grote mate bijdragen aan de oplossing van dit probleem.

De Nobelprijs voor de Scheikunde in 2020

In 2020 werd deze prestigieuze prijs uitgereikt aan twee vrouwen. De laureaten in kwestie zijn Emmanuelle Charpentier en Jennifer A. Doudna. De dames ontdekten een van de scherpste hulpmiddelen op het gebied van genetische manipulatie: de genetische schaar CRISPR/Cas9. Dankzij hun innovatieve ontdekking beschikken wetenschappers nu over een hulpmiddel om het DNA van dieren, planten en micro-organismen met uitzonderlijke precisie te wijzigen. Deze technologie heeft een revolutie teweeggebracht in de natuurwetenschappen, heeft bijgedragen aan de opkomst van nieuwe therapieën tegen kanker en heeft de droom van de behandeling van erfelijke ziekten dichterbij gebracht. Als wetenschappers iets willen weten over de interne werking van het leven, moeten ze genen in cellen aanpassen. Voorheen was dit een uiterst arbeidsintensieve en tijdrovende taak. Soms was het gewoonweg onmogelijk om te doen. Met de genetische schaar CRISPR/Cas9 kan men de levenscode binnen een paar weken veranderen. Een interessant feit is dat de ontdekking van deze genetische schaar onverwacht was. Bij het bestuderen van een van de bacteriën die de grootste schade aan de mensheid hebben veroorzaakt – Streptococcus pyogenes , ontdekte Emmanuelle Charpentier een voorheen onbekend molecuul – tracrRNA, dat deel uitmaakt van het immuunsysteem van de CRISPR/Cas-bacteriën, dat virussen vernietigt door hun DNA te splitsen. Charpentier publiceerde haar ontdekking in 2011 en begon een paar maanden later haar samenwerking met Jennifer Doudna, een ervaren biochemicus met een grote schat aan kennis over RNA. Door samen te werken creëerden ze de bacteriële genetische schaar en vereenvoudigden ze de moleculaire componenten van de schaar, zodat ze zo gebruiksvriendelijk mogelijk zijn. De laureaten van de Nobelprijs voor de Scheikunde hebben bewezen dat het mogelijk is de genetische schaar zo te besturen dat ze elk gekozen DNA-molecuul op een specifieke plek doorknippen. Ze bereikten dit door de originele genetische schaar te herprogrammeren. Charpentier en Doudna toonden aan dat het gemakkelijk is om de levenscode te herschrijven op de plek waar DNA wordt geknipt. Sinds ze dit hebben bereikt, is het gebruik van CRISPR/Cas9 geëxplodeerd. Het door hen ontwikkelde instrument heeft bijgedragen aan heel wat ontdekkingen. Wetenschappers die gespecialiseerd zijn in planten zijn in staat gewassen te creëren die resistent zijn tegen schimmels, plagen of droogtes. In de geneeskunde wordt onderzoek gedaan naar nieuwe kankertherapieën. De kans is groot dat de behandeling van erfelijke ziekten geen probleem meer is. Zonder twijfel heeft deze genetische schaar in veel opzichten een nieuw tijdperk in de natuurwetenschappen ingeluid. De ontdekking van deze laureaten van de Nobelprijs voor de Scheikunde zal de mensheid grote voordelen opleveren. Referenties:

1. NobelPrize.org Online beschikbaar: https://www.nobelprize.org/prizes/lists/all-nobel-prizes-in-chemistry/ (geraadpleegd op 27 januari 2022).
2. SKŁODOWSKA-CURIE MARIA – Nobelprijs 1903 en 1911 » Polska Światu Online beschikbaar: https://polskaswiatu.pl/maria-sklodowska-curie-francja/?cli_action=1643457829.31 (geraadpleegd op 29 januari 2022).
3. Jacobus Hendricus van’t Hoff – Departement Scheikunde Online beschikbaar: https://www.chemistry.msu.edu/faculty-research/portraits/jacobus-hendricus-van-t-hoff/ (geraadpleegd op 29 januari 2022).
4. Jacobus Henricus van’t Hoff – Eerste Nobelprijswinnaar (1901) Online beschikbaar: https://www.worldofchemicals.com/482/chemistry-articles/jacobus-henricus-vant-hoff-first-nobel-prize-winner-1901 .html (geraadpleegd op 29 januari 2022).
5. dzieje.pl – Historia Polski Online beschikbaar: https://dzieje.pl/ (geraadpleegd op 29 januari 2022).
6. Ciekawostki o laureatach nagrody Nobla Online beschikbaar: https://www.wiatrak.nl/12099/ciekawostki-o-laureatach-nagrody-nobla (geraadpleegd op 29 januari 2022).
7. Alfred Nobel | Biografie, uitvindingen en feiten | Britannica Online beschikbaar: https://www.britannica.com/biography/Alfred-Nobel (geraadpleegd op 29 januari 2022).
8. Historia literackiej Nagrody Nobla – kim był Alfred Nobel – blog Virtualo.pl Online beschikbaar: https://virtualo.pl/blog/historia-literackiej-nagrody-nobla-kim-byl-alfred-nobel-w369/ (geraadpleegd op 27 januari , 2022).
9. Nagroda Nobla 2015 met dziedzinie chemii | Przystanek nauka Online beschikbaar: https://przystaneknauka.us.edu.pl/artykul/nagroda-nobla-2015-w-dziedzinie-chemii (geraadpleegd op 29 januari 2022).