Hai tác giả đoạt giải Nobel hóa học 2021 David MacMillan (trái) và Benjamin List - Ảnh: Reuters, AFP
Công trình của hai ông có tác động lớn đến nghiên cứu dược phẩm và sẽ làm cho hóa học trở nên xanh hơn, thân thiện với môi trường hơn.
Trong hóa học, các chất xúc tác có vai trò làm cho các phản ứng hóa học diễn ra nhanh hơn, nhưng không bị mất đi trong quá trình phản ứng, nghĩa là không tham gia vào thành phần các sản phẩm của phản ứng hóa học. Trước đây trên nguyên tắc các chất xúc tác chỉ thuộc hai nhóm lớn là xúc tác kim loại và xúc tác enzym.
Tuy nhiên, vào năm 2000 List và MacMillan, bằng những nghiên cứu độc lập với nhau, đã phát triển nhóm xúc tác thứ ba, gọi là xúc tác hữu cơ phi đối xứng (asymetric organocatalysis), được tạo thành từ các phân tử hữu cơ nhỏ.
Kết quả nghiên cứu của hai ông được nhanh chóng sử dụng trong sản xuất dược phẩm nhờ khả năng xúc tác phi đối xứng của các chất xúc tác hữu cơ. Đây là những chất xúc tác vừa thân thiện với môi trường vừa rẻ để sản xuất.
Trong những phản ứng nghiên cứu đầu tiên của mình, bằng chất xúc tác hữu cơ phi đối xứng, David MacMillan đã có thể điều chế được một trong hai đồng phân đối quang với độ tinh khiết lên đến 90%. Trong sản xuất dược phẩm, việc điều chế được một dạng đồng phân đối quang duy nhất vẫn là xu hướng phát triển mạnh mẽ của ngành dược trong những năm gần đây.
Trong số 10 biệt dược có doanh số bán lớn nhất toàn cầu có tới 9 dược chất đối quang, và 4/5 biệt dược có doanh số lớn nhất đều là các dược chất đối quang tinh khiết.Lấy ví dụ cho dễ hiểu, những năm 1960 có một sự cố là phụ nữ dùng thuốc ngừa thai thalidomid sinh thai dị dạng. Đó là vì khi sản xuất phản ứng tổng hợp dược chất sinh ra cả hai đồng phân đối quang, trong đó có một đồng phân gây nên dị dạng cho thai nhi. Sau này nhờ chất xúc tác hữu cơ phi đối xứng, người ta có thể điều khiển được phản ứng tổng hợp để chỉ cho ra một dạng đồng phân đối quang tinh khiết.
Một ứng dụng khác của các chất xúc tác hữu cơ phi đối xứng là đơn giản hóa và rút ngắn quá trình điều chế nhiều hợp chất hữu cơ dùng trong dược phẩm như strychnin. Strychnin (có trong hạt mã tiền) là một chất độc nhưng sử dụng trong dược phẩm để sản xuất thuốc có tính kích thích phản xạ dùng điều trị các bệnh liên quan đến hệ thần kinh trung ương.
Trước đây, quá trình phản ứng tổng hợp strychnin trải qua 29 công đoạn và hiệu suất chỉ đạt 0,0009%. Nhưng từ năm 2011 nhờ chất xúc tác hữu cơ phi đối xứng, quá trình phản ứng tổng hợp strychnin được rút ngắn còn 12 công đoạn với hiệu suất tăng lên gấp 7.000 lần.
Học trò Việt nói về giáo sư MacMillan
Giáo sư David W. C. MacMillan từng hướng dẫn tiến sĩ Phạm Văn Phong (hiện là phó chủ nhiệm khoa hóa Trường ĐH KHTN, ĐH Quốc gia Hà Nội) làm nghiên cứu sinh tiến sĩ tại ĐH Princeton (Mỹ) giai đoạn 2005 - 2010.
Theo lời kể của tiến sĩ Phong, giáo sư MacMillan làm quản lý nhóm nghiên cứu theo không gian mở, tạo điều kiện cho mỗi cá nhân thoải mái cả về điều kiện nghiên cứu lẫn tự do sáng tạo. Ở những giai đoạn chuyển tiếp thì ông luôn nỗ lực tìm điều kiện tốt nhất cho học trò, qua đó làm nên văn hóa nhóm và văn hóa của mỗi thành viên. Đa số thân nhau như anh chị em.
"Thầy là người rất nghiêm khắc về tiêu chuẩn khoa học. Thầy dạy theo cách để mỗi đứa tự tìm lối đi riêng cho mình" - tiến sĩ Phong chia sẻ.
Theo báo New York Times, tiến sĩ David W. C. MacMillan là nhà hóa học người gốc Scotland và là giáo sư tại ĐH Princeton. Ông là trưởng khoa hóa tại ĐH Princeton giai đoạn 2010 - 2015.
Trong khi đó, tiến sĩ Benjamin List là nhà hóa học người Đức, sinh tại Frankfurt và là giám đốc tại Viện nghiên cứu than đá Max Planck ở Mülheim an der Ruhr, Đức. Ông nhận bằng tiến sĩ năm 1997 tại ĐH Goethe Frankfurt, sau đó được bổ nhiệm làm phó giáo sư tại Viện nghiên cứu Scripps ở California (Mỹ).
D.KIM THOA
Mơ ước của giới nghiên cứu
Năm 2019, nhân kỷ niệm 100 năm thành lập, Liên minh Quốc tế về hóa học cơ bản và hóa học ứng dụng (IUPAC) bầu chọn xúc tác hữu cơ là 1 trong 10 công nghệ mới nổi trong lĩnh vực hóa học có tiềm năng bảo vệ bền vững hành tinh xanh của chúng ta.
Các nhà nghiên cứu từ lâu đã mơ về một loại chất xúc tác mới, giống như hầu hết các enzym tự nhiên, không cần sử dụng kim loại đắt tiền. Vào cuối những năm 1990 "Organocatalysis" - "Xúc tác hữu cơ" ra đời và đã không ngừng phát triển kể từ đó.
Sau hơn 20 năm, Benjamin List và David MacMillan được trao giải Nobel hóa học 2021 do đã tìm ra phương pháp mới "tài tình" để tạo ra các "chất xúc tác hữu cơ" hay còn gọi là "chất xúc tác thứ ba". Các chất này được sử dụng để tạo ra mọi thứ, từ thuốc đến thực phẩm.
Các chất xúc tác hữu cơ không chứa các nguyên tố kim loại, do vậy giảm thiểu chi phí trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng và tinh sạch sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm được sử dụng làm dược phẩm.
Một lợi ích nữa là xúc tác hữu cơ không đắt tiền, bền với không khí và thân thiện với môi trường nhưng vẫn mang lại hiệu quả cao tương đương với các chất xúc tác truyền thống khác là enzyme và kim loại.
Việc tìm ra phương pháp mới tạo ra các phân tử xúc tác hữu cơ "xanh" và "rẻ" này mang lại lợi ích cho nhân loại rất nhiều. Giúp bảo vệ hành tinh của chúng ta thêm bền vững và xanh hơn.
Tiến sĩ Trần Minh Trang (ĐH Ghent, Vương quốc Bỉ)
