Królewska Szwedzka Akademia Nauk przyznała Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za rok 2025. Wyróżnieni zostali Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi „za prace nad rozwojem struktur metalo-organicznych”.
W poniedziałek rozpoczął się Tydzień Noblowski tradycyjnie od przyznania Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii, którą otrzymali Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell i Shimon Sakaguchi – za odkrycia dotyczące obwodowej tolerancji immunologicznej (więcej na ten temat w tekście: Ogłoszono laureatów Nagrody Nobla 2025 z medycyny i fizjologii). Wczoraj poznaliśmy laureatów z fizyki. Wyróżnieni zostali John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis „za przełomowe odkrycia dotyczące makroskopowego tunelowania kwantowego oraz kwantyzacji energii w obwodach elektrycznych” (więcej w tekście: Przyznano Nagrodę Nobla 2025 z fizyki). Dziś dowiedzieliśmy się, kto został uhonorowany Nagrodą z chemii. W czwartek Akademia Szwedzka ogłosi nazwisko laureata literackiej Nagrody Nobla, a w piątek Norweski Komitet Noblowski poinformuje o przyznaniu Pokojowej Nagrody Nobla. W następny poniedziałek poznamy laureata lub laureatów tzw. ekonomicznego Nobla, jedynej nagrody, której w swoim testamencie nie wymienił fundator nagrody Alfred Nobel. Nagrodę przyznaje Centralny Bank Szwecji.
Nagroda Nobla 2025 z chemii
Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi zostali nagrodzeni „za prace nad rozwojem struktur metalo-organicznych”. Struktury metalo-organiczne (MOFs, z j. ang. metal-organic frameworks) to materiały posiadające uporządkowaną, krystaliczną strukturę, przy czym są porowate. Te konstrukcje molekularne mają duże przestrzenie, przez które mogą przepływać gazy i inne substancje chemiczne. W materiałach tych jony metali są połączone organicznymi linkerami. Prace uhonorowanych naukowców zapoczątkowały nową dziedzinę chemii materiałowej.
Specyficzne właściwości tych struktur pozwoliły na zastosowanie ich w separacji gazów i innych mieszanin, adsorpcji ksenobiotyków czy w transporcie leków. Mogą być też wykorzystywane do pozyskiwania wody z powietrza, wychwytywania dwutlenku węgla, magazynowania toksycznych gazów lub katalizowania reakcji chemicznych.
Struktury metalo-organiczne
Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar Yaghi opracowali nową formę architektury molekularnej. W ich konstrukcjach jony metali pełnią funkcję kamieni węgielnych, połączonych długimi cząsteczkami organicznymi (opartymi na węglu). Razem jony metali i cząsteczki organiczne organizują się, tworząc kryształy zawierające duże przestrzenie.
Zmieniając elementy budulcowe stosowane w MOF-ach, chemicy mogą je projektować w celu wychwytywania i magazynowania określonych substancji. MOF-y mogą również napędzać reakcje chemiczne lub przewodzić prąd elektryczny.
– Konstrukcje metalo-organiczne mają ogromny potencjał, otwierając przed nami nieprzewidziane dotąd możliwości tworzenia materiałów na zamówienie o nowych funkcjach – powiedział Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii.
Droga do Nagrody Nobla
Wszystko zaczęło się w 1989 roku, kiedy Richard Robson przetestował wykorzystanie naturalnych właściwości atomów w nowy sposób. Połączył dodatnio naładowane jony miedzi z czteroramienną cząsteczką; cząsteczka ta miała grupę chemiczną, która była przyciągana do jonów miedzi na końcu każdego ramienia. Po połączeniu, wiązania te utworzyły uporządkowany, obszerny kryształ. Przypominał diament wypełniony niezliczonymi pustkami.
Robson natychmiast dostrzegł potencjał swojej konstrukcji molekularnej, ale była ona niestabilna i łatwo ulegała zapadnięciu. Susumu Kitagawa i Omar Yaghi zapewnili tej metodzie budowy solidne podstawy. W latach 1992-2003 dokonali, niezależnie, szeregu rewolucyjnych odkryć. Kitagawa wykazał, że gazy mogą przepływać przez konstrukcje i przewidział, że materiały MOF mogą być elastyczne. Yaghi stworzył bardzo stabilny materiał MOF i udowodnił, że można go modyfikować za pomocą racjonalnego projektowania, nadając mu nowe i pożądane właściwości.
Po przełomowych odkryciach laureatów, chemicy zbudowali dziesiątki tysięcy różnych materiałów MOF. Niektóre z nich mogą przyczynić się do rozwiązania największych wyzwań ludzkości, takich jak oddzielanie PFAS od wody, rozkład śladowych ilości farmaceutyków w środowisku, wychwytywanie dwutlenku węgla czy pozyskiwanie wody z pustynnego powietrza.
Nagroda Nobla 2024 z chemii
W ubiegłym roku Nagrodą Nobla z chemii podzielili się David Baker za projektowanie białek z wykorzystaniem metod obliczeniowych oraz Demis Hassabis i John M. Jumper za przewidywanie struktury białek.
Zeszłoroczna Nagroda Nobla z chemii dotyczyła białek – narzędzi chemicznych życia. David Baker dokonał niemal niemożliwego wyczynu. Zbudował zupełnie nowych rodzajów białek. Z kolei Demis Hassabis i John Jumper opracowali model sztucznej inteligencji rozwiązujący 50-letni problem, jakim było przewidywanie złożonych struktur białek.
Te odkrycia mają ogromny potencjał. Różnorodność życia świadczy o niesamowitych możliwościach białek jako narzędzi chemicznych. Kontrolują one i napędzają wszystkie reakcje chemiczne, które razem stanowią podstawę życia. Białka pełnią również funkcję hormonów, substancji sygnałowych, przeciwciał i elementów budulcowych różnych tkanek.
– Jedno z odkryć uhonorowanych w tym roku dotyczy budowy białek, drugie spełnienia 50-letniego marzenia: przewidywania struktur białek na podstawie ich sekwencji aminokwasowych. Oba otwierają ogromne możliwości – mówił rok temu Heiner Linke.
Nagrody Nobla z chemii
Regulamin Nagrody Nobla mówi, że można nią uhonorować maksymalnie trzy osoby. Dotychczas przyznano 118 Nagród Nobla z chemii. Wśród laureatów jest Maria Curie-Skłodowska, która otrzymała Nagrodę Nobla z chemii w 1911 roku. Osiem lat wcześniej otrzymała Nagrodę Nobla z fizyki. Nobel z chemii sprawił, że była wówczas jedyną osobą, która dwukrotnie otrzymała tę prestiżową nagrodę. Od 1901 roku przyznano Nobla z chemii łącznie 193 osobom.
Frederick Sanger jako jedyny dwukrotnie otrzymała Nagrodę Nobla z chemii. W 1958 został wyróżniony za pionierską metodę ustalania struktury białek, a w 1980 roku został nagrodzony za opracowanie metody sekwencjonowania DNA.
Najmłodszym noblistą z chemii jest Frédéric Joliot, który miał 35 lat, gdy odbierał nagrodę w 1935 roku. Frédéric otrzymał nagrodę wraz Irène Joliot-Curie – córką Marii Skłodowskiej-Curie, za odkrycie sztucznej promieniotwórczości. Najstarszy to Johna B. Goodenough nagrodzony w 2019 roku za rozwój akumulatorów litowo-jonowych. Podczas ceremonii rozdania nagród miał 97 lat.
Źródło: Nobelprize.org, fot. Osama Shukir Muhammed Amin FRCP(Glasg), CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
