Điều ít biết về 3 nhà khoa học đoạt giải Nobel Hóa học 2022

Cụ thể vào ngày 5/10, Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển cho biết hai nhà khoa học người Mỹ Carolyn Bertozzi và Barry Sharpless, cùng với nhà khoa học Morten Meldal (Đan Mạch), được vinh danh "vì phát triển nghiên cứu phản ứng hóa học click" trong giải Nobel Hóa học 2022.

“Sử dụng các phản ứng sinh trực giao, các nhà nghiên cứu đã giúp cải tiến các dược phẩm chữa ung thư, hiện đang được thử nghiệm trong các thử nghiệm lâm sàng", Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển nhận định.

Giải Nobel Hóa học năm 2022 đã được trao cho ba nhà khoa học có công trình khai thác sức mạnh của sự tương tác phân tử và đưa ra những phương pháp nghiên cứu thế giới tự nhiên mới, không phô trương.

Vốn dĩ, các nhà hóa học từ lâu đã khao khát xây dựng những phân tử ngày càng phức tạp. Trong nghiên cứu dược phẩm, điều này thường bao gồm tái tạo phân tử tự nhiên với đặc tính y học, dẫn tới nhiều cấu trúc phân tử đáng mong đợi nhưng thường tốn nhiều thời gian và tiền bạc để sản xuất.

Giải Nobel Hóa học 2022 là về việc làm cho các quá trình khó trở nên dễ dàng hơn. Barry Sharpless và Morten Meldal đã đặt nền móng cho một dạng chức năng của hóa học - phản ứng hóa học click - trong đó các khối cấu tạo phân tử kết hợp với nhau một cách nhanh chóng và hiệu quả. Carolyn Bertozzi đã đưa phản ứng hóa học click lên một chiều hướng mới và bắt đầu sử dụng nó trong các cơ thể sống.

Trong lĩnh vực hóa học, phản ứng hóa học click có tính ứng dụng rất cao trong nhiều lĩnh vực như vật liệu polymer (tổng hợp các dendrimer - loại polymer giống như nhánh cây), trong sinh học (tổng hợp ghép các mạch polymer lên các đại phân tử như enzyme hay protein tạo thành các loại vật liệu lai có chức năng ứng dụng mạnh), hay trong y học (tổng hợp các polymer chức năng thay đổi hình dạng theo điều kiện môi trường như pH hay nhiệt độ...).

Trường phái nghiên cứu về phản ứng hóa học click hay ngành hóa học click, miêu tả các quá trình kết nối những cấu trúc nhỏ lại với nhau thành những cấu trúc lớn hơn bằng phản ứng hóa học.

Trong khi các phân tử đang phản ứng liên tục xung quanh chúng ta, trong đồ uống của chúng ta, trên đầu ngón tay, trong điện thoại của chúng ta. Những phản ứng này tạo ra các phân tử mới, phá vỡ các phân tử cũ, cho phép hoán đổi năng lượng - chúng định hình động lực học biến đổi của vũ trụ. Đối với các nhà khoa học đang tìm cách hiểu những lực này, việc kết hợp các phân tử theo cách có kiểm soát có thể khó khăn, đặc biệt là trong một môi trường mỏng manh như tế bào sống, bởi vì mọi thứ đều liên kết chặt chẽ với nhau. Thường thì các phân tử xung quanh bị xáo trộn trong quá trình này, làm thay đổi chính thứ mà nhà nghiên cứu muốn nghiên cứu.

Meldal, Sharpless và Bertozzi (từ trái qua phải) chia sẻ giải thưởng.

Tiến sĩ K. Barry Sharpless, sinh năm 1941 tại Philadelphia, PA, Mỹ. Đạt chức vị tiến sĩ năm 1968 tại Đại học Stanford, CA, Mỹ. Sharpless không còn xa lạ với giải Nobel Hóa học. Ông đã nhận được giải thưởng vào năm 2001 cho công trình nghiên cứu các phản ứng oxy hóa xúc tác chirally. Sharpless đã là thành viên của Hiệp hội ACS được 59 năm (là tổ chức khoa học lớn nhất thế giới với hơn 151.000 thành viên tại 140 quốc gia.

Nhiệm vụ thúc đẩy doanh nghiệp hóa học rộng lớn hơn và các nhà thực hành vì lợi ích của Trái đất và con người, cải thiện cuộc sống của mọi người thông qua sức mạnh biến đổi của hóa học), và đã xuất bản gần 150 bài báo trên các tạp chí ACS. Ông cũng đặt ra thuật ngữ "hóa học click" tại Cuộc họp Quốc gia ACS lần thứ 217 vào năm 1999 trong bản tóm tắt của mình, "Hóa học click: Một khái niệm cho quá trình hợp nhất và hóa học khám phá".

Ông đã nhận được nhiều giải thưởng, bao gồm Huân chương Priestley (do ACS tài trợ) năm 2019; Giải thưởng Roger Adams về Hóa học hữu cơ năm 1997; Giải thưởng Arthur C. Cope năm 1992; Giải thưởng Học giả Arthur C. Cope năm 1986; và Giải thưởng ACS cho Công trình Sáng tạo trong Hóa học Hữu cơ Tổng hợp, năm 1983.

Năm 2001, Tiến sĩ K. Barry Sharpless và một số đồng nghiệp của ông đã xuất bản một bài báo giới thiệu một thứ mà ông gọi là hóa học click, một phương pháp mới để tiếp cận loại kiểm soát phân tử khi áp dụng để tạo ra các hợp chất thuốc mới.

Phương pháp này sẽ dựa trên một quy tắc, ông viết: "Tất cả các tìm kiếm phải được giới hạn trong các phân tử dễ thực hiện”. Tiến sĩ Sharpless cho biết, thay vì cố gắng tổng hợp hoặc tạo ra các phân tử bằng cách tạo ra một liên kết hữu cơ khó, thay vào đó hãy tập trung vào các liên kết hình thành nhanh và tạo ra các sản phẩm phụ ổn định. Nếu được thực hiện đúng cách, các liên kết bền chặt hơn sẽ tự động hình thành, phản ứng vào đúng vị trí. Hãy coi chúng “như những món quà của thiên nhiên”, Tiến sĩ Sharpless nhận định.

Jiong Yang, giám đốc chương trình tại Viện Quốc gia cho biết: “Điểm độc đáo về hóa học click là hai thuốc thử, với sự hiện diện của hàng trăm nghìn loại phân tử khác nhau, chúng sẽ chỉ tìm ra nhau và chỉ cho ra một sản phẩm,” Jiong Yang, một giám đốc chương trình tại Viện Quốc gia Khoa học Y tế Tổng quát, người giám sát công việc của Tiến sĩ Sharpless cho biết. "Đó là cơ sở của tất cả sự phát triển kỹ thuật này”.

Sự thay đổi cách tiếp cận này ngay sau đó là sự phát hiện ra một phản ứng được gọi là phản ứng chuyển hóa azide-alkyne xúc tác đồng, đưa lý thuyết vào thực tế. Azide và alkyne là hai loại phân tử, Tiến sĩ Meldal và Tiến sĩ Sharpless đã độc lập phát hiện ra rằng khi chúng được kết hợp với nhau, sử dụng đồng làm chất xúc tác, phản ứng xảy ra nhanh và hiệu quả và sản phẩm ổn định. Olof Ramström, một thành viên của Ủy ban Nobel Hóa học, nói trong một cuộc họp ngắn sau khi người đoạt giải được công bố. "Chúng tôi đã sử dụng nó ở khắp mọi nơi, để xây dựng mọi thứ”.

Các nhà khoa học Carolyn Bertozzi, Morten Meldal và Barry Sharpless đã giành giải Nobel Hóa học năm 2022, vì đã khám phá ra các phản ứng cho phép các phân tử liên kết với nhau để tạo ra các hợp chất mới, và cung cấp cái nhìn sâu sắc về sinh học tế bào.

Được biết, Morten Meldal sinh năm 1954 tại Đan Mạch. Đạt chức vị Tiến sĩ 1986 tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, Lyngby, cũng như là giáo sư tại Đại học Copenhagen, Đan Mạch.

Thậm chí, Meldal đã là thành viên của ACS trong 14 năm. Năm 2009, ông nhận được Giải thưởng Ralph F. Hirschmann về Hóa học Peptide. Meldal đã xuất bản hơn 40 bài báo trên các tạp chí của ACS.

Còn Carolyn R. Bertozzi sinh năm 1966 tại Mỹ. Lấy bằng Tiến sĩ năm 1993 tại UC Berkeley, CA, Hoa Kỳ. Sau đó làm Giáo sư tại Đại học Stanford, CA, Hoa Kỳ.

Cô cũng có lịch sử lâu đời với ACS. Cô đã là thành viên được 32 năm và là thành viên của ACS. Cô cũng là người sáng lập và hiện là Tổng biên tập của ACS Central Science, tạp chí truy cập mở hoàn toàn đầu tiên của ACS Publications. Cô đã giành được nhiều giải thưởng; đáng chú ý là Giải thưởng Roger Adams về Hóa học hữu cơ năm 2023; Giải thưởng Arthur C. Cope năm 2017; Giải thưởng ACS về Hóa học thuần túy năm 2001; và một Giải thưởng Học giả Arthur C. Cope vào năm 1999. Cô đã xuất bản hơn 150 bài báo trên tạp chí ACS và cung cấp các bình luận kích thích tư duy trong nhiều bài xã luận.

Giờ đây, các phân tử có thể được kết hợp một cách nhanh chóng, hiệu quả và không tốn nhiều công sức, và các ứng dụng ngay lập tức được mở rộng “vượt ra ngoài các quan điểm hóa học cũ”, Angela Wilson, chủ tịch Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ cho biết. Khoa học vật liệu, phát triển dược phẩm, tái tạo mô, chất làm sáng - “điều này chỉ mở ra một thế giới khả năng về vật liệu và polyme,” Tiến sĩ Wilson nói. “Nó giống như việc ghép các mảnh Lego lại với nhau - bạn làm điều đó dễ dàng hơn nhiều và có thể tạo ra các phân tử lớn hơn”.

Jon Lorsch, giám đốc Viện Khoa học Y tế Tổng quát Quốc gia, Mỹ cho biết: “Nó cho phép bạn tập hợp các phân tử theo một cách khá xác định, nhờ đó bạn có thể định hướng những gì được gắn vào những gì một cách dễ dàng”.

Thậm chí, phản ứng hóa học click hiện được sử dụng trên toàn cầu để khám phá tế bào và theo dõi các quá trình sinh học. Bằng cách sử dụng các phản ứng này, các nhà nghiên cứu đã cải thiện khả năng nhắm mục tiêu của dược phẩm ung thư, hiện đang được thử nghiệm trong các thử nghiệm lâm sang. Tất nhiên, điều này sẽ sớm mang lại lợi ích lớn nhất cho loài người.

Đồng thời, công trình họ 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. Và giải thưởng trị giá 10 triệu krona Thụy Điển (khoảng 917.200 USD) sẽ chia đều cho ba nhà khoa học.

Huỳnh Dũng (Theo Nobelprize/Axial.acs/Nytimes)