Nobelova cena za chémiu [update 2023]

Všetko to začalo ním – Alfredom Nobelom

Alfred Nobel bol pôvodcom myšlienky udeľovania cien za výnimočné úspechy. Bol vynálezcom, podnikateľom, vedcom a obchodníkom. Písal aj básne a divadelné hry. Opísať nesmierne bohatý a pestrý život tohto švédskeho inžiniera nie je možné len niekoľkými vetami. V roku 1862 otvoril budúci zakladateľ Nobelovej ceny továreň na výrobu výbušného a vysoko nestabilného nitroglycerínu. Jeden z nekontrolovaných výbuchov v továrni mal za následok smrť jeho brata. Po skonštruovaní rozbušky sa preslávil ako vynálezca a zároveň rozšíril svoj majetok ako výrobca výbušnín. Najznámejší je vynálezcom dynamitu v roku 1867. Medzi jeho mnohé vynálezy patrí základný náter, tryskacia želatína, ako aj balistit. Celkovo vďačíme Nobelovi za viac ako 350 patentov v rôznych krajinách. Jeho rôznorodé záujmy sa odzrkadlili a stali sa základom pre cenu, ktorú potom založil, základy, pre ktoré položil v roku 1895. Vtedy spísal svoju poslednú vôľu, kde zanechal veľkú časť svojho obrovského majetku, aby založil cena. Cena pomenovaná po ňom sa udeľuje za výnimočné úspechy, keďže on sám významne prispel k pokroku ľudstva. Môžeme len špekulovať, prečo sa rozhodol zasvätiť svoj majetok objavovaniu a svetu vedy. Ako človek bol Alfred Nobel mužom málo slov. Je pravdepodobné, že sa nikdy nikomu nezdôveril, prečo sa mesiace pred smrťou rozhodol. Dnes sa predpokladá, že to ovplyvnila istá príhoda z roku 1888, ktorá mohla podnietiť sériu úvah a vyvrcholiť založením Nobelovej ceny. V roku 1888 zomrel Alfredov brat Ludvig vo francúzskom Cannes. Noviny informovali o Ludvigovej smrti, ale pomýlili si ho s Alfredom a vytlačili titulok „Obchodník so smrťou je mŕtvy“.

Kto bol prvým laureátom Nobelovej ceny za chémiu?

Laureáti dostali svoje Nobelove ceny prvýkrát v roku 1901, štyri roky po smrti Alfreda Nobela. Nobelovu cenu za chémiu získal Jacobus van ‘t Hoff. Bol zakladateľom modernej fyzikálnej chémie. Nobelov výbor odôvodnil van ‘t Hoffov výber takto: „ako uznanie mimoriadneho prínosu k objaveniu zákonov chemickej dynamiky a osmotického tlaku v roztokoch“. Tento holandský chemik mal značný vplyv na rozvoj chémie a teórie, ktoré navrhol, sa používajú dodnes. V roku 1874 vysvetlil fenomén optickej aktivity predpokladom, že chemické väzby medzi uhlíkom a susednými atómami smerujú k rohom pravidelného štvorstenu. Zaujímavé je, že za tento prelomový návrh nedostal Nobelovu cenu za chémiu. Vo veku 22 rokov zverejnil svoje revolučné myšlienky, ktoré chemikov priviedli k tomu, že molekuly vnímali ako predmety so špecifickou štruktúrou a trojrozmernými tvarmi. Zaviedol tiež moderný koncept chemickej afinity. Preukázal podobnosť medzi správaním zriedených roztokov a plynov. Jacobus van ‘t Hoff tiež pracoval na teórii disociácie elektrolytov, ktorú Svante Arrhenius zaviedol v roku 1889. Prostredníctvom svojich štúdií poskytol van ‘t Hoff fyzikálne zdôvodnenie Arrheniovej rovnice.

Marie Skłodowska-Curie

Medzi laureátmi Nobelovej ceny za chémiu je aj Marie Skłodowska-Curie. Dvakrát sa stala laureátkou tejto prestížnej ceny. Druhýkrát ju dostala spolu s manželom, v odbore fyzika za výskum rádioaktivity. Veľký obdiv vzbudzujú jej mimoriadne vedecké úspechy a rešpekt, ktorý si získala v čase, keď väčšina univerzít neprijímala ani ženy a ona sama si svoje právoplatné miesto vo svete vedy musela vybojovať. V roku 1911 dostala Marie Skłodowska-Curie Nobelovu cenu za chémiu, tentoraz individuálne. Nobelov výbor sa ju rozhodol oceniť za objav dvoch rádioaktívnych prvkov – rádia a polónia. Po tomto objave Marie pokračovala vo výskume ich vlastností. V roku 1910 sa jej podarilo vyrobiť čisté rádium. Týmto spôsobom bez akýchkoľvek pochybností dokázala, že nový prvok skutočne existuje. V priebehu svojho ďalšieho výskumu zdokumentovala aj vlastnosti, ktorými sa vyznačujú rádioaktívne prvky a ich zlúčeniny. Vďaka práci tohto poľského laureáta Nobelovej ceny sa rádioaktívne zlúčeniny stali významným zdrojom žiarenia tak vo vedeckých experimentoch, ako aj v medicíne, kde sa používajú na liečbu rakoviny. Marie počas svojho života udržiavala vzťahy s Poľskom. Víťazi poľských štipendií by pracovali v Inštitúte rádia, založenom z jej iniciatívy v Paríži. Ona sama prednášala v Poľsku a publikovala množstvo článkov prezentujúcich účinky svojich experimentov v poľských vedeckých časopisoch. Marie Skłodowska-Curie je prvou ženou z Poľska a vlastne z celého sveta, ktorá vyhrala túto prestížnu cenu a dúfame, že nie posledná.

Najvýznamnejšie objavy ocenené Nobelovou cenou za chémiu v posledných rokoch

Pri výbere laureátov Nobelovej ceny sa Nobelov výbor riadi kritériom uznania predovšetkým objavov, ktoré sú pre ľudstvo prelomové, ktoré rozširujú úroveň súčasného poznania v danej oblasti. Menej často sa cena udeľuje za konkrétne vynálezy. Malo by sa však pamätať na to, že po revolučných teóriách často nasleduje mnoho patentov, ktoré menia náš každodenný život. V roku 2015 boli laureátmi Nobelovej ceny za chémiu Tomas Lindahl, Paul Modrich a Aziz Sancar. Toto ocenenie získali za mechanické štúdie opravy DNA. Výskum, ktorý uskutočnili, vysvetlil na molekulárnej úrovni, ako sú bunky schopné opraviť poškodenú DNA a teda ako sú schopné chrániť genetickú informáciu. Laureáti Nobelovej ceny za chémiu tak prispeli k skúmaniu mechanizmov vzniku rakoviny. To naznačuje, že nádory sú dôsledkom porúch v opravných procesoch. Takéto poškodenie sa v našom tele vyskytuje neustále. Najčastejšie je spôsobená látkami, ako sú voľné radikály alebo žiarenie. Výskum týchto troch vedcov poskytol základ pre pochopenie mechanizmu evolúcie živého sveta. Ich úspechy sa uplatňujú pri vývoji modernej liečby rakoviny. Roger D. Kornberg zo Spojených štátov amerických dostal v roku 2006 Nobelovu cenu za chémiu za výskum molekulárneho mechanizmu transkripcie v eukaryotických bunkách. Jeho vedecká práca pokrýva problematiku kopírovania genetického materiálu, ktorý je uložený v bunkovej DNA. Aby genetický materiál fungoval, je potrebné ho ‘skopírovať’, čiže prepísať z DNA na RNA a následne na proteíny. Laureát Nobelovej ceny preukázal, že ide o základný proces pre život všetkých buniek. Okrem toho vyvinul model, ktorý vysvetlil jeho fungovanie. Aj tento výskum prispel k pokroku v medicíne. Výrazne uľahčuje prácu pri liečbe mnohých chorôb a genetických porúch. Takéto poruchy vytvárajú nielen nebezpečný potenciál pre rozvoj rakoviny, ale aj srdcových chorôb a rôznych zápalových stavov. V roku 2011 bola udelená Nobelova cena za chémiu za objav vo svete vedy, ktorý bol mimoriadne jedinečný. Izraelský rodák Daniel Shechtman objavil takzvané kvázikryštály, chemické štruktúry, ktoré svojou štruktúrou pripomínajú mozaiku. Táto udalosť bola obzvlášť prelomová, pretože predtým sa existencia týchto štruktúr považovala za nemožnú. Kvázikryštály majú špeciálnu formu pevnej látky, kde sa atómy usporiadajú do zdanlivo pravidelnej, ale neopakujúcej sa štruktúry. Nie je teda možné identifikovať ich primitívne bunky. Shechtman objavil kvázikryštály v roku 1982. Vedecký svet sa vtedy na tento objav pozeral s veľkou skepsou. Shechtman sa niekoľko mesiacov neúspešne snažil presvedčiť svojich kolegov, že mal pravdu. Nakoniec bol požiadaný, aby opustil výskumný tím. Až v roku 1987 francúzski a japonskí vedci potvrdili Shechtmanov objav spred piatich rokov.

Nobelova cena za chémiu v roku 2023

Rok 2023 nám priniesol dobré správy zo sveta vedy! Tím troch vedcov – Moungi G. Bawendi z Massachusettského technologického inštitútu, Louis E. Brus z Kolumbijskej univerzity a Alexej I. Ekimov z Nanocrystals Technology Inc., získali Nobelovu cenu za chémiu . Cena bola udelená za „ objav a syntézu kvantových bodiek “. Vedci prispeli k rozvoju kvantovej mechaniky vývojom nanočastíc s mimoriadne obrovským potenciálom. Kvantové bodky sú nanočastice s veľkosťou len niekoľko až niekoľko desiatok nanometrov a jedinečnými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Patria do skupiny polovodičových nanokryštálov a svojou veľkosťou ich predurčujú pre nanotechnologické aplikácie. Ich hlavný účinok je založený na absorpcii a emisii žiarenia. V roku 1981 kvantové bodky prvýkrát syntetizoval v sklenenej matrici tohtoročný laureát – Alexej Ekimov. O dva roky neskôr rovnakú štruktúru získal v koloidnej suspenzii ďalší z ocenených vedcov – Louis Brus. V súčasnosti je možné tieto nanočastice získať mnohými rôznymi chemickými reakciami. Jednou z momentálne najpopulárnejších a bežne používaných ciest syntézy je však metóda patentovaná výskumným tímom pod vedením Moungiho G. Bawendiho, ktorá umožňuje získať takmer dokonalé molekuly. Nezvyčajné optické a elektronické vlastnosti týchto nanoštruktúr (vrátane vysokého koeficientu útlmu a nelineárnych procesov prebiehajúcich v nich) poskytujú široký priestor na ich uplatnenie v mnohých oblastiach vedy a techniky. Zlepšená fotostabilita kvantových bodov umožňuje ich efektívne využitie v lekárskej diagnostike. Majú dlhší a lepší účinok v porovnaní s bežnými kontrastnými látkami, farbivami a inými indikátormi. Vyššie uvedené vlastnosti umožňujú použitie týchto nanočastíc v komplexnej protirakovinovej liečbe. Pokračuje tiež výskum ich antibakteriálneho potenciálu. Kvantové body sa používajú aj na vyžarovanie svetla z televíznych obrazoviek s vysokou presnosťou obrazu, ako aj z LED lámp. Používajú sa aj vo fotovoltaických zariadeniach a mnohých ďalších zariadeniach. Podľa vedcov sú kvantové bodky budúcnosťou vyvíjajúcej sa „flexibilnej elektroniky“, senzorov malých rozmerov a kvantovej kryptografie.

Nobelova cena za chémiu v roku 2022

V roku 2022 sa Kráľovská švédska akadémia vied rozhodla udeliť Nobelovu cenu za chémiu trom ľuďom. Tohtoročnými víťazmi tohto prestížneho ocenenia sú Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal a K. Barry Sharpless. Boli odmenení za „vývoj klikacej chémie a bioortogonálnej chémie“. Karl Barry Sharpless a Morten Meldal prispeli najmä k vývoju funkčnej formy chémie kliknutia. Výbor zdôraznil jedinečnosť tejto metódy, ktorá umožňuje vykonávať rýchle a jednoduché reakcie bez vedľajších produktov. Treba tiež zdôrazniť, že Karl Barry Sharpless dostal Nobelovu cenu už druhýkrát. Prvýkrát bol ocenený v roku 2001 za výskum využívaný na syntézu kardiologických liekov, takzvaných betablokátorov. Carolyn Ruth Bertozzi je zodpovedná za rozšírenie slovníka vedy o termín „bioortogonálna chémia“. Prvýkrát bol použitý už v roku 2003 a odvtedy sa táto oblasť efektívne rozvíja a zlepšuje naše znalosti o procesoch prebiehajúcich v živých bunkách. „Chémia kliknutia“ sa prirovnáva k stavebným štruktúram z kociek LEGO. Použitím špecifických fragmentov molekúl ich môžeme spojiť a vytvoriť zlúčeniny vysokej zložitosti a rozmanitosti. Kombinácia relatívne jednoduchých „chemických blokov“ umožňuje prakticky neobmedzenú diverzitu molekúl. Bioortogonálna chémia umožňuje sledovať chemické procesy, ktoré sa vyskytujú v živých bunkách bez ich poškodenia. To dáva príležitosť preskúmať choroby existujúce vo vnútri buniek alebo v zložitých organizmoch. Ovplyvňuje výskum tohtoročných laureátov Nobelovej ceny náš každodenný život? Áno veľa! Mechanizmy, ktoré opísali, sa dajú uplatniť najmä vo farmácii a medicíne, napríklad na zefektívnenie výroby liečiv. Dnes je to veľmi často komplikované a tým aj časovo náročné a drahé. Click chémia a bioortogonálna chémia zefektívnia také procesy, ako je channeling antineoplastických liečiv, ale rozšíria aj naše znalosti a úspechy v oblasti antibiotík, herbicídov a diagnostických testov. Okrem toho budú hnacou silou pokroku v syntéze takzvaných inteligentných materiálov, pretože bude ľahké skladať jednotlivé prvky dohromady. Už teraz je bioortogonálna chémia celosvetovo známa a používa sa na sledovanie rôznych biologických procesov, najmä v oblasti boja proti nádorom. Kombinácia týchto nových technológií nám umožňuje dozvedieť sa viac o bunkách a biologických procesoch. Tvorba komplexných molekúl spájaním jednotlivých prvkov značne zníži alebo úplne eliminuje tvorbu vedľajších produktov.

Nobelova cena za chémiu v roku 2021

V roku 2021 prijal Nobelov výbor rozhodnutie, ktoré sa líšilo od rozšírených špekulácií, že cena by mala byť udelená vedcom zodpovedným za vytvorenie inovatívnych RNA vakcín. Nobelovu cenu za chémiu za rok 2021 získali Benjamin List a David MacMillan. Toto ocenenie získali za vývoj asymetrickej organickej katalýzy. Niektorí otvorene nazývajú tento nástroj na stavbu chemických molekúl geniálnym dielom. Navyše ich metóda prispela k ďalšiemu rozvoju „zelenej chémie“ , ktorá sa snaží o udržanie harmónie s prírodným prostredím. Stavba molekúl nie je jednoduché remeslo. Laureáti z roku 2021 vytvorili presný nástroj na molekulárnu konštrukciu alebo organokatalýzu. Mnohé výskumné oblasti a priemyselné odvetvia závisia od schopnosti chemikov vytvárať molekuly, ktoré môžu vytvárať elastické a odolné materiály, uchovávať energiu v batériách alebo brzdiť rast chorôb. Táto práca si vyžaduje katalyzátory, čo sú látky, ktoré riadia a urýchľujú chemické reakcie. Zároveň nie sú súčasťou konečného produktu. Katalyzátory sú preto základnými nástrojmi, ktoré majú chemici k dispozícii. Vedci však dlho verili, že existujú iba dva typy katalyzátorov: kovy a enzýmy. Benjamin List a David MacMillan dostali Nobelovu cenu za chémiu za rok 2021, pretože v roku 2020 vyvinuli tretí typ katalýzy. Je potrebné poznamenať, že obaja vedci viedli svoj výskum nezávisle od seba. Ako výsledok svojej vedeckej práce vytvorili asymetrickú organokatalýzu. Myšlienka je založená na malých organických molekulách. Jednou z výhod tejto metódy je určite jej veľká jednoduchosť. Organické katalyzátory majú stabilnú kostru tvorenú atómami uhlíka. K tomuto jadrovému reťazcu môžu byť pripojené aktívnejšie chemické skupiny. Tieto skupiny často obsahujú bežné prvky, ako je kyslík, dusík, síra alebo fosfor. V konečnom dôsledku sú takéto katalyzátory nielen šetrné k životnému prostrediu, ale ich výrobné náklady nie sú podstatné. Rast záujmu o organické katalyzátory pramení predovšetkým z ich schopnosti riadiť asymetrickú katalýzu. Všeobecne povedané, keď sa vytvorí molekula, často sa môžu vytvoriť dve rôzne molekuly, ktoré sú zrkadlovým obrazom samých seba. Najmä vo farmaceutickom priemysle chcú chemici vyrábať iba jednu z týchto foriem, pretože v mnohých prípadoch má jedna takáto štruktúra terapeutický účinok, zatiaľ čo druhá je vysoko toxická. K vyriešeniu tohto problému výrazne prispeje vývoj asymetrickej organickej katalýzy.

Nobelova cena za chémiu v roku 2020

V roku 2020 bola táto prestížna cena udelená dvom ženám. Týmito laureátmi sú Emmanuelle Charpentier a Jennifer A. Doudna. Dámy objavili jeden z najostrejších nástrojov v genetickom inžinierstve: genetické nožnice CRISPR/Cas9. Vedci majú teraz vďaka svojmu inovatívnemu objavu nástroj na úpravu DNA zvierat, rastlín a mikroorganizmov s výnimočnou presnosťou. Táto technológia spôsobila revolúciu v prírodných vedách, prispela k vzniku nových protirakovinových terapií a priblížila sen o liečbe dedičných chorôb. Ak chcú vedci zistiť niečo o vnútornom fungovaní života, musia modifikovať gény v bunkách. Predtým to bola mimoriadne pracovná a časovo náročná úloha. Niekedy to bolo jednoducho nemožné. S genetickými nožnicami CRISPR/Cas9 je možné zmeniť kód života v priebehu niekoľkých týždňov. Zaujímavým faktom je, že objav týchto genetických nožníc bol nečakaný. Emmanuelle Charpentier pri štúdiu jednej z baktérií, ktoré spôsobili ľudstvu najväčšie škody – Streptococcus pyogenes , objavila dovtedy neznámu molekulu – tracrRNA, ktorá je súčasťou imunitného systému baktérií CRISPR/Cas, ktorá ničí vírusy štiepením ich DNA. Charpentier zverejnila svoj objav v roku 2011 a o pár mesiacov neskôr začala spolupracovať s Jennifer Doudnou, skúsenou biochemičkou s veľkými znalosťami o RNA. Spoločnou prácou vytvorili bakteriálne genetické nožnice a zjednodušili molekulárne komponenty nožníc, takže ich použitie je čo najjednoduchšie. Laureáti Nobelovej ceny za chémiu dokázali, že je možné ovládať genetické nožnice tak, aby prestrihli ľubovoľnú molekulu DNA na konkrétnom mieste. Dosiahli to preprogramovaním pôvodných genetických nožníc. Charpentier a Doudna ukázali, že je ľahké prepísať kód života na mieste, kde je rezaná DNA. Odkedy to dosiahli, používanie CRISPR/Cas9 explodovalo. Nástroj, ktorý vyvinuli, prispel k mnohým objavom. Vedci, ktorí sa špecializujú na rastliny, dokážu vytvoriť plodiny odolné voči plesniam, škodcom či suchu. V medicíne prebieha výskum nových terapií rakoviny. Existuje značná šanca, že liečba dedičných chorôb už nebude problémom. Tieto genetické nožnice nepochybne v mnohých ohľadoch odštartovali novú éru prírodných vied. Objav týchto laureátov Nobelovej ceny za chémiu prinesie ľudstvu veľké výhody. Referencie:

1. NobelPrize.org Dostupné online: https://www.nobelprize.org/prizes/lists/all-nobel-prizes-in-chemistry/ (prístupné 27. januára 2022).
2. SKŁODOWSKA-CURIE MARIA – Nobel 1903 i 1911 » Polska Światu Dostupné na internete: https://polskaswiatu.pl/maria-sklodowska-curie-francja/?cli_action=1643457829.31 (prístupné 29. januára 2022).
3. Jacobus Hendricus van’t Hoff – Katedra chémie Dostupné na internete: https://www.chemistry.msu.edu/faculty-research/portraits/jacobus-hendricus-van-t-hoff/ (prístupné 29. januára 2022).
4. Jacobus Henricus van’t Hoff – víťaz prvej Nobelovej ceny (1901) Dostupné na internete: https://www.worldofchemicals.com/482/chemistry-articles/jacobus-henricus-vant-hoff-first-nobel-prize-winner-1901 .html (prístup 29. januára 2022).
5. dzieje.pl – Historia Polski Dostupné na internete: https://dzieje.pl/ (prístupné 29. januára 2022).
6. Ciekawostki o laureatach nagrody Nobla Dostupné na internete: https://www.wiatrak.nl/12099/ciekawostki-o-laureatach-nagrody-nobla (prístup 29. januára 2022).
7. Alfred Nobel | Životopis, vynálezy a fakty | Britannica Dostupné online: https://www.britannica.com/biography/Alfred-Nobel (prístup 29. januára 2022).
8. Historia literackiej Nagrody Nobla – kim był Alfred Nobel – blog Virtualo.pl Dostupné na internete: https://virtualo.pl/blog/historia-literackiej-nagrody-nobla-kim-byl-alfred-nobel-w369/ (prístup 27. januára , 2022).
9. Nagroda Nobla 2015 w dziedzinie chemii | Przystanek nauka Dostupné online: https://przystaneknauka.us.edu.pl/artykul/nagroda-nobla-2015-w-dziedzinie-chemii (prístup 29. januára 2022).