De Nobelprijs voor Scheikunde

Het begon allemaal met hem – Alfred Nobel

Alfred Nobel was de grondlegger van het idee om prijzen uit te reiken voor uitzonderlijke prestaties. Hij was een uitvinder, ondernemer, wetenschapper en zakenman. Hij schreef ook gedichten en toneelstukken. Het uiterst rijke en kleurrijke leven van deze Zweedse ingenieur is onmogelijk in een paar zinnen te beschrijven. In 1862 opende de toekomstige oprichter van de Nobelprijs een fabriek die de explosieve en zeer onstabiele nitroglycerine produceerde. Een van de ongecontroleerde explosies in de fabriek had de dood van zijn broer tot gevolg. Nadat hij een ontsteker had gebouwd, werd hij beroemd als uitvinder en breidde hij tegelijkertijd zijn fortuin uit als fabrikant van explosieven. Hij is de meest bekende voor het uitvinden van dynamiet in 1867. Zijn vele uitvindingen omvatten primer, explosievengelatine en ballistiet. In totaal hebben we meer dan 350 patenten in verschillende landen aan Nobel te danken. Zijn uiteenlopende interesses weerspiegelden en werden de basis voor de prijs die hij verder oprichtte, de basis waarvoor hij in 1895 legde. Het was toen dat hij zijn testament opmaakte, waar hij een groot deel van zijn enorme landgoed naliet om de prijs. De naar hem genoemde prijs wordt toegekend voor uitzonderlijke prestaties, aangezien hij zelf een aanzienlijke bijdrage heeft geleverd aan de vooruitgang van de mensheid. We kunnen alleen maar speculeren waarom hij besloot zijn fortuin te wijden aan ontdekkingen en de wereld van de wetenschap. Alfred Nobel was als persoon een man van weinig woorden. Waarschijnlijk heeft hij nooit iemand in vertrouwen genomen waarom hij zijn beslissing nam in de maanden voor zijn dood. Tegenwoordig wordt aangenomen dat het werd beïnvloed door een bepaald incident in 1888, dat mogelijk aanleiding heeft gegeven tot een reeks reflecties en heeft geleid tot de oprichting van de Nobelprijs. In 1888 stierf Alfred’s broer, Ludvig, in Cannes, Frankrijk. Kranten berichtten over de dood van Ludvig, maar verwarden hem met Alfred, met de kop ‘De koopman van de dood is dood’.

Wie was de eerste Nobelprijswinnaar in de chemie?

De laureaten ontvingen voor het eerst hun Nobelprijs in 1901, vier jaar na de dood van Alfred Nobel. De Nobelprijs voor Scheikunde ging naar Jacobus van ‘t Hoff. Hij was de grondlegger van de moderne fysische chemie. Het Nobelcomité rechtvaardigde de selectie van Van ‘t Hoff als volgt: ‘als erkenning voor de buitengewone bijdrage die is geleverd aan het ontdekken van de wetten van chemische dynamica en osmotische druk in oplossingen’. Deze Nederlandse chemicus had een aanzienlijke invloed op de ontwikkeling van de chemie en de theorieën die hij voorstelde, worden tot op de dag van vandaag gebruikt. In 1874 verklaarde hij het fenomeen optische activiteit door aan te nemen dat chemische bindingen tussen koolstof en aangrenzende atomen naar de hoeken van een regelmatige tetraëder wijzen. Interessant is dat hij voor dit baanbrekende voorstel geen Nobelprijs voor scheikunde ontving. Op 22-jarige leeftijd publiceerde hij zijn revolutionaire ideeën, die scheikundigen ertoe brachten moleculen waar te nemen als objecten met een specifieke structuur en driedimensionale vormen. Hij introduceerde ook het moderne concept van chemische affiniteit. Hij toonde de overeenkomst aan tussen het gedrag van verdunde oplossingen en gassen. Jacobus van ‘t Hoff werkte ook aan de theorie van elektrolytdissociatie, die Svante Arrhenius in 1889 introduceerde. Door zijn studies leverde Van ‘t Hoff een fysieke onderbouwing voor de Arrhenius-vergelijking.

Marie Skłodowska-Curie

Een van de laureaten van de Nobelprijs voor Scheikunde is Marie Skłodowska-Curie. Ze werd twee keer laureaat van deze prestigieuze prijs. De tweede keer kreeg ze het samen met haar man, op het gebied van natuurkunde voor onderzoek naar radioactiviteit. Haar buitengewone wetenschappelijke prestaties en het respect dat ze won in een tijd dat de meeste universiteiten geen vrouwen toelieten, en ze zelf moest vechten voor haar rechtmatige plaats in de wereld van de wetenschap, wekken grote bewondering. In 1911 ontving Marie Skłodowska-Curie de Nobelprijs voor de Scheikunde, dit keer individueel. Het Nobelcomité besloot haar te eren voor de ontdekking van twee radioactieve elementen: radium en polonium. Na deze ontdekking zette Marie het onderzoek naar hun eigendommen voort. In 1910 slaagde ze erin om puur radium te produceren. Zo bewees ze zonder enige twijfel dat het nieuwe element bestond. In de loop van haar verdere onderzoek documenteerde ze ook de eigenschappen die radioactieve elementen en hun verbindingen kenmerkten. Dankzij het werk van deze Poolse winnaar van de Nobelprijs werden radioactieve stoffen een belangrijke bron van straling, zowel in wetenschappelijke experimenten als in de geneeskunde, waar ze worden gebruikt om kanker te behandelen. Haar hele leven heeft Marie haar banden met Polen onderhouden. Poolse beurswinnaars zouden gaan werken in het Radium Institute, opgericht op haar initiatief in Parijs. Zelf zou ze lezingen geven in Polen en in Poolse wetenschappelijke tijdschriften talloze artikelen publiceren waarin de effecten van haar experimenten worden gepresenteerd. Marie Skłodowska-Curie is de eerste vrouw uit Polen en zelfs de hele wereld die deze prestigieuze prijs wint, en hopelijk niet de laatste.

Hoogtepunten in ontdekkingen die de afgelopen jaren met de Nobelprijs voor de Scheikunde zijn bekroond

Bij het selecteren van de Nobelprijswinnaars volgt het Nobelcomité het criterium om vooral ontdekkingen te erkennen die baanbrekend zijn voor de mensheid, die het niveau van de huidige kennis op een bepaald gebied vergroten. De prijs wordt minder vaak toegekend voor specifieke uitvindingen. Men moet echter niet vergeten dat revolutionaire theorieën vaak worden gevolgd door vele patenten die ons dagelijks leven veranderen. In 2015 waren de Nobelprijswinnaars voor scheikunde Tomas Lindahl, Paul Modrich en Aziz Sancar. Ze ontvingen deze onderscheiding voor mechanistische studies over DNA-reparatie. Het onderzoek dat ze deden, legde op moleculair niveau uit hoe cellen beschadigd DNA kunnen repareren en dus hoe ze genetische informatie kunnen beschermen. Laureaten van de Nobelprijs voor de Scheikunde droegen zo bij aan het onderzoeken van de mechanismen van kankerontwikkeling. Dit geeft aan dat tumoren het gevolg zijn van stoornissen in herstelprocessen. Dergelijke schade komt voortdurend voor in ons lichaam. Meestal wordt het veroorzaakt door middelen zoals vrije radicalen of straling. Het onderzoek van deze drie wetenschappers vormde een basis voor het begrijpen van het mechanisme van de evolutie van de levende wereld. Hun prestaties worden toegepast bij de ontwikkeling van moderne kankerbehandelingen. Roger D. Kornberg uit de Verenigde Staten ontving in 2006 de Nobelprijs voor Scheikunde voor onderzoek naar het moleculaire mechanisme van transcriptie in eukaryote cellen. Zijn wetenschappelijk werk behandelt de problemen van het kopiëren van genetisch materiaal, dat is opgeslagen in cellulair DNA. Om genetisch materiaal te laten werken, is het nodig om het te ‘kopiëren’, of te transcriberen van DNA naar RNA, en vervolgens naar eiwitten. De Nobelprijswinnaar toonde aan dat het een fundamenteel proces is voor het leven van alle cellen. Verder ontwikkelde hij een model dat de werking ervan uitlegde. Ook dit onderzoek droeg bij aan de vooruitgang in de geneeskunde. Het vergemakkelijkt het werk aan de behandeling van vele ziekten en genetische aandoeningen aanzienlijk. Dergelijke aandoeningen creëren niet alleen een gevaarlijk potentieel voor de ontwikkeling van kankers, maar ook voor hartaandoeningen en verschillende ontstekingsaandoeningen. In 2011 werd de Nobelprijs voor Scheikunde toegekend voor een ontdekking in de wereld van de wetenschap die uitzonderlijk uniek was. De in Israël geboren Daniel Shechtman ontdekte zogenaamde quasicrystals, chemische structuren die qua structuur op een mozaïek lijken. Deze gebeurtenis was bijzonder baanbrekend omdat het bestaan van deze structuren voorheen onmogelijk werd geacht. Quasikristallen hebben de bijzondere vorm van een vaste stof, waarbij atomen zich rangschikken in een schijnbaar regelmatige maar zich niet herhalende structuur. Het is dus onmogelijk om hun primitieve cellen te identificeren. Shechtman ontdekte in 1982 quasikristallen. De wetenschappelijke wereld stond destijds met grote scepsis tegenover deze ontdekking. Gedurende enkele maanden probeerde Shechtman tevergeefs zijn collega’s ervan te overtuigen dat hij gelijk had. Uiteindelijk werd hem gevraagd het onderzoeksteam te verlaten. Pas in 1987 bevestigden Franse en Japanse wetenschappers de ontdekking van Shechtman van vijf jaar eerder.

De Nobelprijs voor Scheikunde in 2021

In 2021 nam het Nobelcomité een besluit dat afweek van de wijdverbreide speculatie dat de prijs zou worden toegekend aan de wetenschappers die verantwoordelijk zijn voor de creatie van de innovatieve RNA-vaccins. Deze Nobelprijs voor Scheikunde 2021 ging naar Benjamin List en David MacMillan. Ze ontvingen deze onderscheiding voor het ontwikkelen van asymmetrische organische katalyse. Sommigen noemen deze tool voor het bouwen van chemische moleculen openlijk een geniaal werk. Bovendien droeg hun methode bij aan de verdere ontwikkeling van "Green Chemistry" , die streeft naar het behoud van harmonie met de natuurlijke omgeving. Het bouwen van moleculen is geen eenvoudig vak. De winnaars van 2021 creëerden een nauwkeurig hulpmiddel voor moleculaire constructie of organokatalyse. Veel onderzoeksgebieden en industrieën zijn afhankelijk van het vermogen van chemici om moleculen te bouwen die elastische en duurzame materialen kunnen vormen, energie kunnen opslaan in batterijen of de groei van ziekten kunnen remmen. Dit werk vereist katalysatoren, stoffen die chemische reacties beheersen en versnellen. Tegelijkertijd maken ze geen deel uit van het eindproduct. Katalysatoren zijn daarom onmisbare instrumenten die chemici ter beschikking staan. Wetenschappers hebben echter lange tijd geloofd dat er maar twee soorten katalysatoren zijn: metalen en enzymen. Benjamin List en David MacMillan ontvingen de Nobelprijs voor Scheikunde 2021 omdat ze in 2020 een derde type katalyse ontwikkelden. Opgemerkt moet worden dat beide wetenschappers hun onderzoek onafhankelijk van elkaar hebben uitgevoerd. Als resultaat van hun wetenschappelijk werk creëerden ze asymmetrische organokatalyse. Het idee is gebaseerd op kleine organische moleculen. Een voordeel van deze methode is zeker de grote eenvoud. Organische katalysatoren hebben een stabiele ruggengraat gemaakt van koolstofatomen. Aan deze kernketen kunnen meer actieve chemische groepen worden gehecht. Deze groepen bevatten vaak gemeenschappelijke elementen, zoals zuurstof, stikstof, zwavel of fosfor. Uiteindelijk zijn dergelijke katalysatoren niet alleen milieuvriendelijk, maar zijn hun productiekosten niet substantieel. De groeiende belangstelling voor organische katalysatoren komt voornamelijk voort uit hun vermogen om asymmetrische katalyse aan te sturen. In de meest algemene bewoordingen, wanneer een molecuul wordt gevormd, kunnen vaak twee verschillende moleculen worden gemaakt, die spiegelbeelden van zichzelf zijn. Vooral in de farmaceutische industrie willen scheikundigen slechts één van deze vormen produceren, omdat in veel gevallen de ene structuur een therapeutisch effect heeft, terwijl de andere zeer toxisch is. De ontwikkeling van asymmetrische organische katalyse zal een grote bijdrage leveren aan het oplossen van dit probleem.

De Nobelprijs voor Scheikunde in 2020

In 2020 werd deze prestigieuze prijs uitgereikt aan twee vrouwen. De laureaten in kwestie zijn Emmanuelle Charpentier en Jennifer A. Doudna. De dames ontdekten een van de scherpste tools in genetische manipulatie: de genetische schaar CRISPR/Cas9. Dankzij hun innovatieve ontdekking hebben wetenschappers nu een tool om het DNA van dieren, planten en micro-organismen met uitzonderlijke precisie te modificeren. Deze technologie heeft een revolutie teweeggebracht in de natuurwetenschappen, heeft bijgedragen aan de opkomst van nieuwe antikankertherapieën en heeft de droom van de behandeling van erfelijke ziekten dichterbij gebracht. Als wetenschappers iets willen weten over de interne werking van het leven, moeten ze genen in cellen aanpassen. Voorheen was het een uiterst arbeids- en tijdsintensieve taak. Soms was het gewoon niet te doen. Met de genetische schaar van CRISPR/Cas9 kan men de levenscode binnen enkele weken veranderen. Een interessant feit is dat de ontdekking van deze genetische scharen onverwacht was. Bij het bestuderen van een van de bacteriën die de grootste schade aan de mensheid hebben toegebracht – Streptococcus pyogenes , ontdekte Emmanuelle Charpentier een voorheen onbekende molecule – tracrRNA, dat deel uitmaakt van het CRISPR/Cas-bacteriën-immuunsysteem, dat virussen vernietigt door hun DNA te splitsen. Charpentier publiceerde haar ontdekking in 2011 en een paar maanden later begon haar samenwerking met Jennifer Doudna, een ervaren biochemicus met een grote schat aan kennis over RNA. Door samen te werken, creëerden ze de bacteriële genetische schaar en vereenvoudigden ze de moleculaire componenten van de schaar, zodat ze zo gebruiksvriendelijk mogelijk zijn. De laureaten van de Nobelprijs voor Scheikunde bewezen dat het mogelijk is om de genetische schaar zo te besturen dat ze elk gekozen DNA-molecuul op een specifieke plek knippen. Ze bereikten dit door de originele genetische schaar te herprogrammeren. Charpentier en Doudna toonden aan dat het eenvoudig is om de code van het leven te herschrijven op de plek waar DNA wordt gesneden. Sinds ze dit hebben bereikt, is het gebruik van CRISPR/Cas9 explosief gestegen. De tool die ze ontwikkelden heeft bijgedragen aan heel veel ontdekkingen. Wetenschappers die gespecialiseerd zijn in planten zijn in staat gewassen te creëren die resistent zijn tegen schimmels, plagen of droogte. In de geneeskunde is er onderzoek gaande naar nieuwe kankertherapieën. De kans is groot dat de behandeling van erfelijke ziekten geen probleem meer zal zijn. Deze genetische scharen hebben ongetwijfeld in veel opzichten een nieuw tijdperk in de natuurwetenschappen ingeluid. De ontdekking van deze laureaten van de Nobelprijs voor Scheikunde zal de mensheid grote voordelen opleveren. Referenties:

1. NobelPrize.org Online beschikbaar: https://www.nobelprize.org/prizes/lists/all-nobel-prizes-in-chemistry/ (toegankelijk op 27 januari 2022).
2. SKŁODOWSKA-CURIE MARIA – Nobel 1903 i 1911 » Polska Światu Online beschikbaar: https://polskaswiatu.pl/maria-sklodowska-curie-francja/?cli_action=1643457829.31 (bezocht op 29 januari 2022).
3. Jacobus Hendricus van’t Hoff – Afdeling Chemie Online beschikbaar: https://www.chemistry.msu.edu/faculty-research/portraits/jacobus-hendricus-van-t-hoff/ (bezocht op 29 jan 2022).
4. Jacobus Henricus van’t Hoff – Eerste Nobelprijswinnaar (1901) Online beschikbaar: https://www.worldofchemicals.com/482/chemistry-articles/jacobus-henricus-vant-hoff-first-nobel-prize-winner-1901 .html (bezocht op 29 januari 2022).
5. dzieje.pl – Historia Polski Online beschikbaar: https://dzieje.pl/ (toegankelijk op 29 januari 2022).
6. Ciekawostki o laureatach nagrody Nobla Online beschikbaar: https://www.wiatrak.nl/12099/ciekawostki-o-laureatach-nagrody-nobla (bezocht op 29 januari 2022).
7. Alfred Nobel | Biografie, uitvindingen en feiten | Britannica Online beschikbaar: https://www.britannica.com/biography/Alfred-Nobel (bezocht op 29 januari 2022).
8. Historia literackiej Nagrody Nobla – kim door Alfred Nobel – blog Virtualo.pl Online beschikbaar: https://virtualo.pl/blog/historia-literackiej-nagrody-nobla-kim-byl-alfred-nobel-w369/ (bezocht op 27 januari , 2022).
9. Nagroda Nobla 2015 w dziedzinie chemii | Przystanek nauka Online beschikbaar: https://przystaneknauka.us.edu.pl/artykul/nagroda-nobla-2015-w-dziedzinie-chemii (bezocht op 29 januari 2022).