Нобелевскую премию по химии дали за создание инструмента по синтезированию молекул

Нобелевский комитет в Стокгольме назвал имена лауреатов премии по химии 2021 года. Ее удостоились химики-органики Бенджамин Лист и Дэвид Макмиллан за создание асимметричного органокатализа - инструмента по синтезированию молекул.

Метод органокатализа в последнее время развивается быстрыми темпами. Благодаря новому типу катализатора исследователи получили возможность эффективно и экологично ситезировать сложные асимметричные молекулы, которые находят применение в самых разных сферах.

Долгое время исследователи были уверены в том, что существует лишь два вида катализаторов - металлы и (в биохимических реакциях) ферменты. Бенджамин Лист и Дэвид Макмиллан независимо друг от друга создали третий тип катализатора - асимметричный органокатализ, основанный на небольших органических молекулах.

Бенджамин Лист решил выяснить, нужен ли в качестве катализатора весь фермент, или достаточно лишь какой-то его части. Эксперименты с аминокислотой под названием пролин полностью подтвердили его догадку, она отлично работает в качестве катализатора химических реакций.

В свою очередь Дэвид Макмиллан работал с металлическими катализаторами, которые быстро разрушались под воздействием влаги. И тогда он решил создать более устойчивый тип катализатора на основе органических молекул. Один из его экспериментальных катализаторов отлично проявил себя при асиметричном органокатализе.

Как отмечают члены Нобелевского комитета, открытие асимметричного органокатализа выводит молекулярный синтез на принципиально новый уровень, позволяющий не только сделать сам процесс более экологичным, но и заметно упрощающий синтез асимметричных молекул.

Молекулы, созданные таким методом, могут найти самое широкое применение, от фармацевтики до солнечных батарей.

Во вторник Нобелевский комитет объявил лауреатов премии по физике. Сюкуро Манабэ, Клаус Хассельман и Джорджо Паризи разделили награду за прорывные открытия в понимании сложных физических систем и моделирование климата Земли.

В отличие от премии по физике, которой за всю историю награждений удостаивались всего две женщины (и вчерашние трое победителей тоже все мужчины), химия оказалась "более открытой наукой".

В прошлом году Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили Нобелевскую премию по химии за открытие одного из самых острых инструментов генной технологии: "генетических ножниц" CRISPR/Cas9. А Мария Склодовская-Кюри и вовсе получила сразу двух Нобелей.

Анализ - все гениальное просто

Николай Воронин, корреспондент по вопросам науки

Говорят, когда ученики Микеланджело Буонаротти - легендарного художника итальянского Возрождения - спросили, как у него получаются такие прекрасные скульптуры, мастер ответил: "Просто. Я беру камень и отсекаю от него все лишнее".

Чтобы понять, какое отношение эта история имеет к новоиспеченным лауреатам и за что именно присуждена в этом году высшая награда научного мира в области химии, нужно чуть освежить в памяти школьный курс и вспомнить, что такое катализатор.

Катализатором в химии называют вещество, которое необходимо, чтобы либо запустить какую-либо реакцию, либо ее ускорить. Но при этом само вещество в реакции участия не принимает и, соответственно, не расходуется. Примерно как машинное масло позволяет открыть заржавевшие гаражные ворота или замок - просто за счет уменьшения силы трения.

Первые катализаторы были обнаружены еще в XIX веке - причем произошло это, как и большинство открытий того времени, случайно. Химики заметили, что, если уронить в емкость с перекисью водорода кусочек серебра, тот почти сразу же начинает покрываться пузырьками. Оказалось, что присутствие этого металла запускает реакцию разложения перекиси на воду и чистый кислород. С самим серебром при этом не происходит ровным счетом ничего.

Случайная находка без преувеличения открыла ученым новые горизонты. Пытаясь запустить ту или иную нужную им реакцию, в качестве катализатора химики перепробовали буквально все что только было можно. Однако эксперименты показали, что из всех известных на тот момент веществ удивительным свойством обладают только металлы - за счет своей способности временно "одалживать" реагентам дополнительные электроны - или, наоборот, брать их взаймы.

Исключение из этого общего правила составляют живые организмы, включая нас с вами. В живых клетках роль катализаторов выполняют ферменты (они же энзимы). Так называются сложные белковые соединения, которые активируют те или иные химические реакции, причем они делают это невероятно быстро и эффективно.

Миллиарды лет эволюции довели этот механизм до совершенства. Ферменты работают, как хорошо отлаженный конвейер: чтобы превратить одно вещество в другое, нужное организму, ферменты способны последовательно активировать целую цепочку химических реакций.

Бенджамин Лист обратил внимание на то, что в некоторых ферментах роль катализатора выполняют лишь одна-две аминокислоты из нескольких сотен, а то и тысяч, и задался вопросом: а нужно ли все остальное? Нельзя ли, как Микеланджело, просто отбросить все лишнее, взяв лишь ту самую нужную пару нужных аминокислот?

Идея казалась настолько очевидной, что сам Лист был уверен, что кто-то наверняка пытался сделать то же самое до него. Опыт он решил повторить лишь для того, чтобы убедиться в бесплодности собственной идеи - однако, к его огромному удивлению, эксперимент удался.

Так в 2000 году был получен первый органический катализатор, заложив основу нового класса соединений и - как теперь официально подтвердил Нобелевский комитет - нового направления в науке.