De Nobelprijs voor Scheikunde [update 2024]

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 is onmogelijk om het extreem rijke en kleurrijke leven van deze Zweedse ingenieur in slechts een paar zinnen te beschrijven. In 1862 opende de toekomstige oprichter van de Nobelprijs een fabriek die het explosieve en zeer onstabiele nitroglycerine produceerde. Een van de ongecontroleerde explosies in de fabriek resulteerde in de dood van zijn broer. Nadat hij een ontsteker had gebouwd, werd hij beroemd als uitvinder en tegelijkertijd breidde hij zijn fortuin uit als fabrikant van explosieven. Hij is het meest bekend vanwege de uitvinding van dynamiet in 1867. Zijn vele uitvindingen omvatten ontstekingsmechanisme, springgelatine en ballistiet. In totaal danken we meer dan 350 patenten in verschillende landen aan Nobel. Zijn uiteenlopende interesses weerspiegelden en vormden de basis voor de prijs die hij later oprichtte, de fundamenten waarvoor hij in 1895 de basis legde. Het was toen dat hij zijn laatste testament opstelde, waarin hij een groot deel van zijn enorme vermogen naliet om de prijs op te richten. De naar hem vernoemde prijs wordt toegekend voor uitzonderlijke prestaties, aangezien hij zelf aanzienlijke bijdragen leverde 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. Als persoon was Alfred Nobel een man van weinig woorden. Het is waarschijnlijk dat hij nooit aan iemand heeft verteld waarom hij zijn beslissing nam in de maanden voor zijn dood. Tegenwoordig wordt aangenomen dat het werd beïnvloed door een bepaald incident uit 1888, dat mogelijk een reeks overpeinzingen heeft veroorzaakt en heeft geleid tot de oprichting van de Nobelprijs. In 1888 stierf Alfreds broer, Ludvig, in Cannes, Frankrijk. Kranten berichtten over Ludvigs dood, maar verwarden hem met Alfred, met de kop ‘De koopman des doods is dood’.

Wie was de eerste Nobelprijswinnaar voor scheikunde?

De laureaten ontvingen hun Nobelprijs voor het eerst 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 scheikunde. Het Nobelcomité rechtvaardigde de selectie van van ‘t Hoff als volgt: ‘in erkenning van 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 impact op de ontwikkeling van de scheikunde en de theorieën die hij voorstelde, worden tot op de dag van vandaag nog steeds gebruikt. In 1874 verklaarde hij het fenomeen van optische activiteit door aan te nemen dat chemische bindingen tussen koolstof en aangrenzende atomen naar de hoeken van een regelmatig tetraëder wijzen. Interessant genoeg ontving hij de Nobelprijs voor Scheikunde niet voor deze baanbrekende stelling. Op 22-jarige leeftijd publiceerde hij zijn revolutionaire ideeën, die chemici ertoe brachten moleculen te zien 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 de elektrolytdissociatie, die Svante Arrhenius in 1889 introduceerde. Door zijn studies leverde van ‘t Hoff een natuurkundige onderbouwing voor de Arrhenius-vergelijking.

Marie Skłodowska-Curie

Onder de laureaten van de Nobelprijs voor Scheikunde is Marie Skłodowska-Curie. Zij werd twee keer laureaat van deze prestigieuze prijs. De tweede keer ontving ze hem samen met haar man, op het gebied van de natuurkunde voor onderzoek naar radioactiviteit. Haar buitengewone wetenschappelijke prestaties en het respect dat ze won in een tijd waarin de meeste universiteiten zelfs 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 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 eigenschappen voort. In 1910 slaagde ze erin om zuiver radium te produceren. Op deze manier bewees ze onomstotelijk 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 Nobelprijswinnaar werden radioactieve stoffen een belangrijke bron van straling, zowel in wetenschappelijke experimenten als in de geneeskunde, waar ze worden gebruikt om kanker te behandelen. Marie bleef haar hele leven banden met Polen onderhouden. Poolse beurswinnaars werkten in het Radium Instituut, dat op haar initiatief in Parijs werd opgericht. Zelf gaf ze lezingen in Polen en publiceerde ze talloze artikelen waarin ze de effecten van haar experimenten presenteerde in Poolse wetenschappelijke tijdschriften. 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 de Nobelprijs voor Scheikunde hebben gekregen

Bij het selecteren van de Nobelprijswinnaars hanteert 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 uitbreiden. 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. Zij ontvingen deze onderscheiding voor mechanistische studies naar DNA-herstel. Het onderzoek dat zij uitvoerden, legde op moleculair niveau uit hoe cellen beschadigd DNA kunnen repareren en dus hoe ze genetische informatie kunnen beschermen. Laureaten van de Nobelprijs voor scheikunde droegen zo bij aan het onderzoeken van de mechanismen van kankerontwikkeling. Dit geeft aan dat tumoren het gevolg zijn van stoornissen in reparatieprocessen. Dergelijke schade treedt voortdurend op in ons lichaam. Meestal wordt het veroorzaakt door middelen zoals vrije radicalen of straling. Het onderzoek dat door deze drie wetenschappers werd uitgevoerd, vormde een basis voor het begrijpen van het mechanisme van evolutie van de bezielde 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 eukaryotische cellen. Zijn wetenschappelijke werk omvat de kwestie 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. Bovendien ontwikkelde hij een model dat de werking ervan verklaarde. Dit onderzoek droeg ook bij aan de vooruitgang in de geneeskunde. Het vergemakkelijkt het werk aan de behandeling van veel ziekten en genetische aandoeningen enorm. Dergelijke aandoeningen creëren niet alleen een gevaarlijk potentieel voor de ontwikkeling van kanker, maar ook hartziekten 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 quasikristallen, chemische structuren die qua structuur op een mozaïek lijken. Deze gebeurtenis was bijzonder baanbrekend omdat eerder het bestaan van deze structuren onmogelijk werd geacht. Quasikristallen hebben de speciale vorm van een vaste stof, waarbij atomen zich in een schijnbaar regelmatige maar niet-herhalende structuur rangschikken. Het is dus onmogelijk om hun primitieve cellen te identificeren. Shechtman ontdekte quasikristallen in 1982. De wetenschappelijke wereld keek destijds met grote scepsis naar 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 Shechtmans ontdekking van vijf jaar eerder.

De Nobelprijs voor Scheikunde in 2024

Op besluit van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen is de Nobelprijs voor Scheikunde van 2024 verdeeld tussen David Baker en Demis Hassabis en John Jumper . De prestaties van de laureaten delen een gemeenschappelijk element: werk aan eiwitstructuur en -ontwerp. De eerste helft van de prijs werd ontvangen door David Baker. De Amerikaanse biochemicus werd erkend voor zijn onderzoek naar computationeel eiwitontwerp , waarmee wetenschappers geheel nieuwe combinaties van deze structuren kunnen creëren die niet in de natuur voorkomen. Het team onder leiding van Baker bestudeert al jaren manieren om ongebruikelijke eiwitstructuren te creëren. In 1999 ontwikkelden wetenschappers een algoritme genaamd Rosetta om korte fragmenten van structureel niet-gerelateerde eiwitten te assembleren en zo ook hun rangschikking, verbindingen en andere interacties te voorspellen. De implementatie en verfijning van Rosetta was een belangrijke stap die een essentieel hulpmiddel bood voor verder onderzoek. Slechts een paar jaar later, in 2003, publiceerden David Baker en collega’s een eiwitontwerp met een uitgebreide, gespecialiseerde structuur, originele vouwing en een sequentie die totaal anders was dan die van voorheen bekende eiwitten. Sindsdien heeft zijn onderzoeksteam voortdurend innovatieve eiwitten ontwikkeld met een breed scala aan potentiële toepassingen: van farmaceutica en vaccins tot nanomaterialen en miniatuursensoren. Aan de andere kant werden de Britse wetenschapper Demis Hassabis en de Amerikaan John Jumper, verbonden aan Google DeepMind, beloond voor de ontwikkeling van het AlphaFold2 -model voor kunstmatige intelligentie, dat de 3D-structuren van eiwitten nauwkeurig kan voorspellen op basis van hun aminozuursequenties. Het programma werd voor het eerst geïmplementeerd in 2018 (nu bekend als AlphaFold1), vervolgens opnieuw ontworpen en verfijnd in 2020, en was gebaseerd op de deep learning AI-technologie. Een gespecialiseerd neuraal netwerk geeft de rangschikking van het 3D-model met extreme precisie aan, zelfs voor zeer complexe moleculen. De ontdekking loste een probleem op dat wetenschappers al tientallen jaren probeerden te ontrafelen, en droeg bij aan het begrip van de functie van eiwitten in organismen en versnelde de ontwikkeling van nieuwe medicijnen. Het werk van deze drie wetenschappers is van groot belang voor vakgebieden als geneeskunde, biotechnologie en onderzoek naar bacteriële resistentie tegen antibiotica, of zelfs de afbraak van plastic in het milieu. Door hun onderzoek is het mogelijk om eiwitten te ontwerpen met nieuwe, voorheen onbekende functies, wat de deur opent naar veel wetenschappelijke en technologische innovaties. De prijswinnende studies laten zien hoe het combineren van kunstmatige intelligentie met biochemie de eiwitwetenschap kan revolutioneren en veel aspecten van het leven ten goede kan komen.

De Nobelprijs voor Scheikunde in 2023

Het jaar 2023 heeft ons goed nieuws gebracht uit de wereld van de wetenschap! Een team van drie wetenschappers – Moungi G. Bawendi van het Massachusetts Institute of Technology, Louis E. Brus van Columbia University en Alexei I. Ekimov van Nanocrystals Technology Inc., kregen de Nobelprijs voor scheikunde . De prijs werd toegekend voor de " ontdekking en synthese van kwantumdots ". De wetenschappers hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van de kwantummechanica door nanodeeltjes te ontwikkelen met een extreem groot potentieel. Kwantumdots zijn nanodeeltjes met een grootte van slechts enkele tot tientallen nanometers en unieke fysieke en chemische eigenschappen. Ze behoren tot de groep van halfgeleider-nanokristallen en hun grootte kwalificeert ze voor nanotechnologische toepassingen. Hun belangrijkste effect is gebaseerd op de absorptie en emissie van straling. In 1981 werden kwantumdots voor het eerst gesynthetiseerd in een glazen matrix door de laureaat van dit jaar – Alexei Ekimov. Twee jaar later werd dezelfde structuur verkregen in een colloïdale suspensie door een andere van de bekroonde wetenschappers – Louis Brus. Momenteel kunnen deze nanodeeltjes worden verkregen via veel verschillende chemische reacties. Een van de momenteel meest populaire en meest gebruikte synthesepaden is echter een methode die is gepatenteerd door het onderzoeksteam onder leiding van Moungi G. Bawendi, waarmee bijna perfecte moleculen kunnen worden verkregen. De ongebruikelijke optische en elektronische eigenschappen van deze nanostructuren (waaronder een hoge dempingscoëfficiënt en niet-lineaire processen die erin plaatsvinden) bieden een breed scala aan toepassingen in veel wetenschappelijke en technologische gebieden. De verbeterde fotostabiliteit van quantum dots maakt hun effectieve gebruik in medische diagnostiek mogelijk. Ze hebben een langer en beter effect in vergelijking met gangbare contrastmiddelen, kleurstoffen en andere indicatoren. De hierboven genoemde eigenschappen maken het gebruik van deze nanodeeltjes in complexe antikankerbehandelingen mogelijk. Er wordt ook onderzoek gedaan naar hun antibacteriële potentieel. Quantum dots worden ook gebruikt om licht uit te zenden van tv-schermen met een hoge beeldnauwkeurigheid, evenals van ledlampen. Ze worden ook gebruikt in PV-apparaten en veel andere apparatuur. Volgens wetenschappers zijn quantum dots de toekomst van de evoluerende "flexibele elektronica", kleine sensoren en quantumcryptografie.

De Nobelprijs voor Scheikunde in 2022

In 2022 besloot de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen de Nobelprijs voor scheikunde aan drie personen toe te kennen. De winnaars van deze prestigieuze prijs dit jaar zijn Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal en K. Barry Sharpless. Zij zijn beloond voor "de ontwikkeling van klikchemie en bioorthogonale chemie". Karl Barry Sharpless en Morten Meldal hebben met name bijgedragen aan de ontwikkeling van de functionele vorm van klikchemie. Het Comité benadrukte het unieke karakter van die methode, die het mogelijk maakt om snelle en eenvoudige reacties uit te voeren zonder bijproducten. Het moet ook worden benadrukt dat Karl Barry Sharpless voor de tweede keer de Nobelprijs ontving. Hij werd voor het eerst toegekend in 2001 voor zijn onderzoek naar het synthetiseren van hartmedicijnen, de zogenaamde bètablokkers. Carolyn Ruth Bertozzi is verantwoordelijk voor het uitbreiden van het woordenboek van de wetenschap met de term "biorthogonale chemie". Deze werd voor het eerst gebruikt in 2003 en sindsdien is het vakgebied effectief ontwikkeld, waardoor onze kennis over de processen die plaatsvinden in levende cellen is verbeterd. De "klikchemie" wordt vergeleken met het bouwen van structuren van LEGO-blokken. Door specifieke fragmenten van moleculen te gebruiken, kunnen we ze samenvoegen tot verbindingen met een hoge complexiteit en diversiteit. De combinatie van relatief eenvoudige "chemische blokken" maakt een vrijwel onbeperkte diversiteit aan moleculen mogelijk. De bioorthogonale chemie maakt het mogelijk om de chemische processen die in levende cellen plaatsvinden te monitoren zonder ze te beschadigen. Dit biedt de mogelijkheid om ziektes te onderzoeken die in cellen of in complexe organismen voorkomen. Heeft het onderzoek van de Nobelprijswinnaars van dit jaar invloed op ons dagelijks leven? Ja, heel veel! De mechanismen die ze beschreven, kunnen met name in de farmacie en geneeskunde worden toegepast, bijvoorbeeld om de productie van medicijnen effectiever te maken. Tegenwoordig is het vaak ingewikkeld en dus tijdrovend en duur. Klikchemie en bioorthogonale chemie zullen processen als het kanaliseren van antineoplastische medicijnen stroomlijnen, maar ook onze kennis en prestaties op het gebied van antibiotica, herbiciden en diagnostische tests uitbreiden. Bovendien zullen ze de vooruitgang in de synthese van de zogenaamde intelligente materialen stimuleren, omdat het gemakkelijk zal zijn om afzonderlijke elementen samen te voegen. Zelfs nu is bioorthogonale chemie wereldwijd bekend en wordt het gebruikt om verschillende biologische processen te volgen, met name op het gebied van de bestrijding van tumoren. De combinatie van deze nieuwe technologieën stelt ons in staat om meer te leren over cellen en biologische processen. De vorming van complexe moleculen door het koppelen van individuele elementen zal de vorming van bijproducten aanzienlijk verminderen of volledig elimineren.

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 waren voor de creatie van de innovatieve RNA-vaccins. Deze Nobelprijs voor Scheikunde 2021 ging naar Benjamin List en David MacMillan. Zij ontvingen deze onderscheiding voor de ontwikkeling van asymmetrische organische katalyse. Sommigen noemen dit hulpmiddel voor het bouwen van chemische moleculen openlijk een werk van genialiteit. Bovendien droeg hun methode bij aan de verdere ontwikkeling van "Groene Chemie" , die streeft naar het behoud van harmonie met de natuurlijke omgeving. Het bouwen van moleculen is geen eenvoudig ambacht. De laureaten 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 controleren en versnellen. Tegelijkertijd maken ze geen deel uit van het eindproduct. Katalysatoren zijn daarom essentiële hulpmiddelen waarover chemici beschikken. Wetenschappers dachten echter al lang 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 wetenschappelijke werk creëerden ze asymmetrische organokatalyse. Het idee is gebaseerd op kleine organische moleculen. Een voordeel van deze methode is zeker de grote eenvoud ervan. Organische katalysatoren hebben een stabiele ruggengraat van koolstofatomen. Aan deze kernketen kunnen actievere chemische groepen worden bevestigd. Deze groepen bevatten vaak gemeenschappelijke elementen, zoals zuurstof, stikstof, zwavel of fosfor. Uiteindelijk zijn dergelijke katalysatoren niet alleen milieuvriendelijk, maar zijn hun productiekosten ook niet substantieel. De groeiende interesse in organische katalysatoren komt voornamelijk voort uit hun vermogen om asymmetrische katalyse aan te drijven. In de meest algemene zin kunnen er bij de vorming van een molecuul vaak twee verschillende moleculen worden gecreëerd, die spiegelbeelden van zichzelf zijn. Met name in de farmaceutische industrie willen chemici slechts één van deze vormen produceren, omdat in veel gevallen één van deze structuren een therapeutisch effect heeft, terwijl de andere zeer toxisch is. De ontwikkeling van asymmetrische organische katalyse zal een grote bijdrage leveren aan de oplossing van dit probleem.

De Nobelprijs voor Scheikunde in 2020

In 2020 werd deze prestigieuze prijs toegekend aan twee vrouwen. De laureaten in kwestie zijn Emmanuelle Charpentier en Jennifer A. Doudna. De dames ontdekten een van de scherpste gereedschappen in de genetische manipulatie: de CRISPR/Cas9 genetische schaar. Dankzij hun innovatieve ontdekking hebben wetenschappers nu een hulpmiddel om het DNA van dieren, planten en micro-organismen met uitzonderlijke precisie te modificeren. Deze technologie heeft de natuurwetenschappen gerevolutioneerd, bijgedragen aan de opkomst van nieuwe antikankertherapieën en de droom van het behandelen van erfelijke ziekten dichterbij gebracht. Als wetenschappers iets willen weten over de interne werking van het leven, moeten ze genen in cellen modificeren. Voorheen was dat een extreem arbeidsintensieve en tijdrovende taak. Soms was het gewoonweg onmogelijk om te doen. Met CRISPR/Cas9 genetische scharen kan men binnen enkele weken de code van het leven veranderen. Een interessant feit is dat de ontdekking van deze genetische scharen onverwacht was. Bij het bestuderen van een van de bacteriën die de mensheid de grootste schade heeft toegebracht – Streptococcus pyogenes – ontdekte Emmanuelle Charpentier een tot dan toe onbekend molecuul – tracrRNA, dat deel uitmaakt van het immuunsysteem van CRISPR/Cas-bacteriën, dat virussen vernietigt door hun DNA te splitsen. Charpentier publiceerde haar ontdekking in 2011 en begon een paar maanden later haar samenwerking met Jennifer Doudna, een ervaren biochemicus met een grote schat aan kennis over RNA. Samen creëerden ze de bacteriële genetische schaar en vereenvoudigden ze de moleculaire componenten van de schaar, zodat ze zo eenvoudig mogelijk te gebruiken 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 gemakkelijk is om de code van het leven te herschrijven op de plek waar DNA wordt geknipt. Sinds ze dit bereikten, is het gebruik van CRISPR/Cas9 geëxplodeerd. Het gereedschap dat ze ontwikkelden, heeft bijgedragen aan een groot aantal ontdekkingen. Wetenschappers die gespecialiseerd zijn in planten, zijn in staat om gewassen te creëren die resistent zijn tegen schimmels, plagen of droogtes. In de geneeskunde wordt onderzoek gedaan naar nieuwe kankertherapieën. Er is een grote kans dat het behandelen van erfelijke ziekten geen probleem meer zal zijn. Zonder twijfel hebben deze genetische scharen in veel opzichten een nieuw tijdperk in de natuurwetenschappen ingeluid. De ontdekking van deze Nobelprijswinnaars voor scheikunde gaat de mensheid grote voordelen brengen.