Hóa học “chớp nhoáng”: Khoa học thắng giải Nobel có thể thay đổi thế giới

Giải Nobel Hóa học đã được trao cho ba nhà khoa học với công trình của họ về click chemistry, một cách để ‘dính’ các phân tử lại với nhau như những miếng Lego mà các chuyên gia nói là sẽ sớm “làm thay đổi thế giới này”.

Nhưng chính xác thì nó hoạt động như thế nào?

Hãy tưởng tượng hai người đi suốt một căn phòng lớn hầu như trống rỗng về phía sau, sau đó họ bắt tay nhau.

“Đó là cách các phản ứng hóa học cổ điển được tạo ra”, Benjamin Schumann, một nhà hóa học tại Imperial College London, nói.

Nhưng cái gì sẽ đến nếu như có rất nhiều đồ đạc và những người khác có trong căn phòng này?

“Họ có thể không gặp được nhau”, Schumann nói.

HIện tại hãy tưởng tượng những con người đó là các phân tử, các nhóm gồm các nguyên tử bé nhỏ hình thành nền tảng của hóa học. “Hóa học chớp nhoáng khiến cho hai phân tử trong một môi trường có rất nhiều thứ vây xung quanh” trở nên có thể gặp nhau và tham gia cùng những phân tử khác, ông nói.

Cách hóa học chớp nhoáng gắn các khối cơ bản phân tử lại với nhau có thể so sánh với Lego. Nhưng Carolyn Bertozzi, người cùng chia sẻ giải Nobel Hóa học năm nay cùng Barry Sharpless và Morten Meldal, nói nó có thể tạo ra một dạng Lego vô cùng đặc biệt. Ngay cả nếu hai miếng Lego đó được bao quanh bởi hàng triệu những đồ chơi bằng nhựa tương tự” thì chúng vẫn chỉ gắn vào với nhau, bà nói với AFP.

“Thay đổi sân chơi”

Khoảng năm 2000, Sharpless và Meldal, một cách riêng rẽ, đã khám phá ra một phản ứng hóa học đặc biệt bằng sử dụng các ion đồng như một chất xúc tác “có thể làm thay đổi sân chơi” và trở thành “cái xuất sắc nhất”, theo nhận xét của Silvia Diez-Gonzalez, một nhà hóa học tại Imperial College London.

Đồng có nhiều triển vọng, bao gồm việc các phản ứng có thể xảy ra trong nước và thực hiện ở nhiệt độ phòng hơn là mức nhiệt cao và có thể làm phức tạp thêm vấn đề.

Cách làm này kết nối các phân tử theo cách thoải mái hơn, hiệu quả hơn và gắn đích hơn những cách làm trước đây. Kể từ khám phá này, các nhà hóa học đã phát hiện ra rất nhiều dạng kiến trúc phân tử mà họ có thể xây dựng cùng các khối Lego mới đặc biệt của mình.

“Hầu như không thể kể hết các ứng dụng từ đó”, Tom Brown, một nhà hóa học Anh tại Đại học Oxford làm việc về hóa học chớp nhoáng DNA, nói.

Nhưng có một vấn đề với việc sử dụng đồng như một chất xúc tác. Nó có thể độc với tế bào hoặc các cơ thể sống  – như con người.

Vì vậy Bertozzi đã xây dựng trên nền tảng công trình của Sharpless và Meldal, thiết kế “một con đường sử dụng hóa học chớp nhoáng với các hệ sinh học mà không làm ảnh hưởng đến sự sống của chúng” và không cần đồng, Diez-Gonzalez nói.

Những phân tử này trước đây gắn với nhau theo một đường thẳng phẳng lì– giống như một cái thắt lưng – nhưng Bertozzi khám phá ra cách có thể hợp nhất chúng lại “như một đường hơi cong” để tạo ra một phản ứng bền vững hơn, Diez-Gonzalez giải thích.

Bertozzi gọi lĩnh vực mà bà tạo ra là hóa sinh trực giao – trực giao có nghĩa là giao cắt tại các góc vuông.

Phần nổi của tảng băng

Diez-Gonzalez nói bà cũng có “đôi chút ngạc nhiên” khi lĩnh vực này được trao một giải Nobel sớm đến thế, bởi vì nó chưa dẫn đến nhiều ứng dụng thương mại”.

Nhưng tương lai của nó thật tươi sáng.

“Chúng ta mới thấy phần nổi của tảng băng”, Chủ tịch Angela Wilson Hội Hóa học Mỹ nói và cho biết thêm là “hóa học chớp nhoáng sẽ làm thay đổi thế giới”.

Bertozzi cho rằng có rất nhiều tiềm năng sử dụng hóa học chớp nhoáng, “tôi thậm chí còn không thể kể hết”. Một trong những ứng dụng là để phát triển các loại thuốc nhắm đích mới, một số có thể tham gia “thực hiện phản ứng hóa học bên trong cơ thể bệnh nhân để chắc chắn là các loại thuốc đến đúng chỗ”, bà nói với Hội đồng giải thưởng.

Phòng thí nghiệm của bà bắt đầu nghiên cứu về những điều trị tiềm năng với người bị nhiễm COVID nặng, bà cho biết thêm.

Một hi vọng khác là nó có thể dẫn đến con đường đa đích đến để chẩn đoán và điều trị ung thư cũng như khiến liệu pháp hóa học trở nên ít tác dụng phụ hơn, ít nghiêm trọng hơn.

Thậm chí có thể tạo ra một cách khiến vi khuẩn gây ra bệnh nhiễm trùng phổi Legionnaires phát quang để nhận biết nó dễ dàng hơn khi di chuyển trong đường cung cấp nước.

Ngay lập tức hóa học chớp nhoáng đã được sử dụng để “tạo ra một số loại polymer vô cùng bền” có khả năng chống chịu nhiệt cũng như trong những dạng keo trong hóa học nano, Meldal nói với AFP.

Wilson nói những ứng dụng tương lai bao gồm y học cá thể hóa, các loại thuốc kháng vi trùng, các tác nhân phát quang và nhiều nhiều nữa.

“Tôi nghĩ nó sẽ là một cuộc cách mạng hóa hoàn toàn tất cả từ y học đến vật liệu”, bà nói.

Vũ Nhàn tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2022-10-click-chemistry-nobel-winning-science-world.html

https://www.euronews.com/next/2022/10/06/click-chemistry-and-quantum-weirdness-what-are-this-years-nobel-prizes-all-about