פרס נובל בכימיה יוענק לשלושה מחלוצי הכימיה הרטיקולרית - ענף של כימיה חדשה המאפשרת לייצר מסגרות אורגנו-מתכתיות שיש להן יישומים רבים. הפרס יחולק באופן שווה בין הכימאי יליד ירדן ממוצא פלסטיני, עומר יאגי (Yaghi), כיום מאוניברסיטת ברקלי בקליפורניה; ריצ'רד רובסון (Robson) מאוניברסיטת מלבורן באוסטרליה; וסוסומו קיטגאווה (Kitagawa) מאוניברסיטת קיוטו ביפן. פרופ' יאגהי הוא בן למשפחת פליטים פלסטינים, שעזב כשהיה בן 15 את עמאן והיגר לארה"ב. בשנת 2018 הוא זכה בפרס וולף וביקר בין היתר בכנסת.
הזוכים בפרס נובל בכימיה
(צילום: רויטרס)
חומרים נקבוביים
כימיה רטיקולרית שואלת כיצד לבנות חומרים חדשים מתוך יחידות בסיס שאינן מולקולות בודדות אלא מסגרות גבישיות? מדובר בחומרים שמצד אחד הם אורגניים, כלומר בעלי שלד המורכב משרשראות של אטומי פחמן, ומצד שני מכילים מתכות. חומרים אלה הם בעלי תכונות ייחודיות של חוזק ונקבוביות. ההשראה לחומרים אלה הגיעה מזאוליטים (Zeolites), מינרלים המסודרים בצורה של מסגרות מחזוריות.
הראשון לעסוק בשאלה זו היה פרופ' ריצ’רד רובסון. הוא נולד ב-1937 בגלוסבורן שבבריטניה, וב-1962 קיבל תואר דוקטור מאוניברסיטת אוקספורד. כיום הוא פרופסור באוניברסיטת מלבורן, אוסטרליה.
כשהיה מרצה צעיר, ביקש להכין לסטודנטים מודלים של מולקולות מכדורי עץ ומקלות. כשהביט בדגמים הבין שהחורים בכדורים, שמייצגים את זוויות הקשרים של האטומים, מכילים מידע עצום: הם מכתיבים את הדרך שבה החומר נבנה. הרעיון הפשוט הזה הוליד שאלה חדשה – מה יקרה אם ננצל את תכונות הקישור של האטומים כדי להרכיב מבנים מסודרים ממולקולות שלמות?
6 צפייה בגלריה
חשיפת הדגם שפיתחו הזוכים בפרס נובל בכימיה לשנת 2025
(צילום: TT News Agency/Fredrik Sandberg/Reuters)
כעבור כמה שנים העז רובסון לנסות. ב-1989 הוא חיבר יוני נחושת עם מולקולות “ארבע־זרועיות” בעלות קבוצות ניטריל שנמשכות אל המתכת. בניגוד לציפיות, התוצאה לא הייתה תערובת אקראית אלא גביש מסודר בעל חללים גדולים – שלד גבישי חלול. זה היה הצעד הראשון בדרך לארכיטקטורה מולקולרית חדשה. עם זאת, הוא היה חומר בלתי יציב, וקרס בקלות.
חומרים חסרי תועלת
את השלבים הבאים בעבודה סיפקו יאגי וקיטגאווה בעבודות נפרדות, ופיתחו דרכים לחיזוק והגמשת החומרים האלה, שנקראים מסגרות אורגנו-מתכתיות, או בקיצור MOFs.
סוסומו קיטגאווה נולד בשנת 1951 בקיוטו שביפן והשלים את לימודי הדוקטורט שלו בשנת 1979 באוניברסיטת קיוטו. הוא עבד באוניברסיטת קינדאי וב-1992 מונה לפרופסור לכימיה אורגנית באוניברסיטת טוקיו. ב-2007 הקים מכון לחקר החומרים שכעבור כמה שנים הפך למנהלו. כיום הוא פרופסור באוניברסיטת קיוטו.
קיטגאווה נודע בתפיסתו שגם דברים חסרי תועלת יכולים להתגלות כבעלי ערך. בתחילת שנות ה־90 הוא ייצר חומרים נקבוביים דקים אך שבריריים, שלא עוררו עניין רב. הוא התעקש להמשיך – וב-1997 הצליח להפיק גבישים תלת־ממדיים יציבים המבוססים על יוני מתכות כמו קובלט, ניקל ואבץ, שחוברו למולקולות המורכבות מטבעות פחמן ומכונות מולקולות דו־פירידיניות. במבנים הללו נוצרו תעלות פתוחות שספחו ושחררו גזים כמו חמצן, חנקן ומתאן – בלי לשנות את צורת המבנה הכללי.
שנה לאחר מכן פרסם קיטגאווה מאמר שבו הגדיר לראשונה את היתרונות של המסגרות האורגנו-מתכתיות ואת הפוטנציאל הגלום בגמישות שלהן. הוא תיאר כיצד אפשר לתכנן חומרים “נושמים” כאלה שמתרחבים ומתכווצים בהתאם למולקולות שבתוכם – וכך סלל את הדרך לדור חדש של חומרים רכים ודינמיים, המסוגלים להתאים את עצמם לסביבתם.
הילד מהספרייה בעמאן
עומר מוונס יאגי (יאע’י) נולד ב-1965 בעמאן בירת ירדן, בן למשפחה פלסטינית מרובת ילדים. בילדותו גדל בבית ללא מים זורמים וחשמל סדיר. הוא נחשף לעולם הכימיה במקרה – כשהציץ בספר על מולקולות בספריית בית הספר, והתמונות שבו ריתקו אותו. בגיל 15 עזב בעידודו של אביו את ביתו ונסע לארצות הברית, שם השלים לימודי קולג’ ותואר ראשון. בגיל 25 כבר השלים את לימודי הדוקטורט בכימיה באוניברסיטת אורבנה-שמפיין באילינוי.
יאגי הקדיש את הקריירה שלו בעיקר לשאלה אחת: האם אפשר לתכנן חומרים באותה שיטה שבה מתכננים מבנים הנדסיים? הוא זה שטבע בשנות התשעים את המונח מסגרות אורגנו-מתכתיות, והציג את המבנים הראשונים – רשתות דו־ממדיות יציבות שנבנו מחיבור יוני מתכת למולקולות אורגניות.
ב־1999 יצר את MOF-5, חומר קל ויציב במיוחד המורכב מקוביות חלולות בעלות שטח פנים עצום, כך ששטח הפנים של כמה גרמים ממנו גדול משטחו של מגרש כדורגל. החללים הרחבים הללו מאפשרים ללכוד גזים ולאחסן מולקולות בצורה מבוקרת. התגלית הוכיחה לראשונה שאפשר לבנות חומרים בעלי מבנה מדויק מראש, והניחה את היסוד לתחום חדש – “כימיה רשתית” (reticular chemistry) – שמאפשרת לעצב חומרים בדיוק אדריכלי, אטום אחר אטום.
כעבור כמה שנים העז רובסון לנסות. הוא חיבר יוני נחושת עם מולקולות “ארבע־זרועיות” בעלות קבוצות ניטריל שנמשכות אל המתכת. בניגוד לציפיות, התוצאה לא הייתה תערובת אקראית אלא גביש מסודר בעל חללים גדולים – שלד גבישי חלול. זה היה הצעד הראשון בדרך לארכיטקטורה מולקולרית חדשה. עם זאת, הוא היה חומר בלתי יציב, וקרס בקלות.
6 צפייה בגלריה
משמאל לימין: פרופ' היינר לינקה (יו"ר ועדה נובל כימיה), הנס אלגרן (מזכיר האקדמיה השבדית למדעים) ואולוף רמסטרום (חבר ועדת נובל כימיה), בעת חשיפת הדגם שפיתחו הזוכים בפרס נובל בכימיה לשנת 2025
(צילום: TT News Agency/Fredrik Sandberg/Reuters)
בשנה שעברה הוענק הפרס על פיתוחים שקשורים לפענוח המבנה של חלבונים ולתכנון שלהם באמצעות בינה מלאכותית. מחציתו הוענקה לדיוויד בייקר (Baker) מאוניברסיטת וושינגטון והמחצית השנייה לדמיס הסביס (Hassabis) וג’ון ג’מפר (Jumper) מחברת DeepMind, על מחקרים ופיתוחים שמאפשרים לחזות את המבנה המרחבי של חלבונים ולתכנן חלבונים בעלי מבנה מסוים, ויש להם חשיבות עצומה במחקר, ברפואה, בהנדסה ועוד.
בשנת 2023 הוענק הפרס בכימיה למונג’י בוונדי (Bawendi) מהמכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT) בארצות הברית, ללואיס ברוס (Brus) מאוניברסיטת קולומביה בניו יורק ולאלכסיי אקימוב (Ekimov), כימאי רוסי שהיגר לארצות הברית, על פיתוח הנקודות הקוונטיות – ננו-חלקיקים שאפשר להנדס אותם למגוון עצום של שימושים בזכות היכולת לשלוט בתכונות האלקטרוניות והאופטיות שלהם. נקודות קוונטיות ממלאות תפקידים חשובים ברכיבים אלקטרוניים, בתאים סולריים, במכשירי דימות רפואי, במיקרוסקופים, בלייזרים, בהתקני תאורה ועוד.
פרס נובל בכימיה ב-2022 הוענק לקרוליין ברטוצי (Bertozzi), מורטן מלדל (Meldal) וקרל בארי שרפלס (Sharpless), על פיתוח שיטות יעילות ומהירות לבניית מולקולות ולחיבור ביניהן, בין השאר לצורך פיתוח טיפולים למחלות וכלים למחקר ביולוגי. לשרפלס זה היה פרס נובל שני בכימיה, אחרי שקיבל את הפרס גם ב-2001 על מחקר אחר, והוא הצטרף למועדון מצומצם שכולל כעת ארבעה אנשים בלבד שזכו פעמיים בפרס נובל במדעים.
שבוע של נובל
שלשום הוכרז כי פרס נובל ברפואה יוענק השנה למרי ברונקוב (Brunkow), פרד רמסדל (Ramsdell) ושימון סקגוצ’י (Sakaguchi), על גילוי המנגנון שמונע מתאי T לתקוף את הגוף, כפי שקורה במחלות אוטואימוניות.
אתמול הודיעה ועדת הפרס כי הפרס בפיזיקה יוענק השנה לג’ון קלרק (Clarke), מישל דבורה (Devoret) וג’ון מרטיניס (Martinis), על הגילוי כי מערכת שבה פועלים חלקיקים גדולים יכולה להתנהג בתנאים מסוימים כמו מערכת קוונטית, ולקיים תופעות כמו מנהור קוונטי, שבה חלקיקים מתנהגים כמו גל ועוברים מבעד למחסום פיזי. הגילוי סלל את הדרך לפיתוח וייצור של מערכות הצפנה, חיישנים ובימינו גם מחשבים קוונטיים.
מחר (חמישי) תהיה ההכרזה על הזוכה בפרס נובל בספרות, וביום שישי יוכרזו באוסלו חתני פרס נובל לשלום. שבוע הנובל יינעל ביום שני, עם ההכרזה על מקבלי הפרס בכלכלה על שם אלפרד נובל.
אליסה קיסר ויהונתן ברקהיים, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
