Нобелевскую премию по химии дали за асимметрический органический катализ

Сегодня в Стокгольме Шведская королевская академия наук назвала имена лауреатов Нобелевской премии по химии. Ими стали — Беньямин Лист (Benjamin List) и Дэвид Макмиллан (David W.C. MacMillan). Официальная формулировка Нобелевского комитета «за развитие асимметрического органического катализа».

Нобелевский комитет не стесняясь назвал метод, разработанный Листом и Макмилланом, «гениальным инструментом для строительства молекул», так как он превратил искусство создавать новые соединения в точную науку, принятую на вооружение всеми крупнейшими фармацевтическими компаниями. Не обошлось и без ритуального упоминания, что их открытие «сделало химию “зелёной”», но это уже буквально лейтмотив наград этого года.

Для создания тех или иных соединений с необходимыми для индустрии или потребителей свойствами требуются катализаторы — вещества, контролирующие и ускоряющие химические реакции, но не расходующиеся во время их течения. Наиболее известны автомобильные катализаторы, снижающие содержание вредных веществ в выхлопных газах, а также огромное число ферментов внутри живых организмов, без которых невозможно поддержание всех биохимических и физиологических процессов.

До пионерских работ Беньямина Листа и Дэвида Макмиллана считалось, что существует два основных типа катализаторов: на основе металлов и биокатализаторы или ферменты. Однако Лист и Макмиллан независимо друг от друга открыли их третий тип — органокатализаторы. Это небольшие органические молекулы без металлов, которые могут проявлять каталитические свойства. Обычно они состоят из атомов углерода с отдельными включениями атомов азота, кислорода, водорода, серы или фосфора.

Основными преимуществами органических катализаторов стали их крайне дешевое производство (хотя стоит отметить, что и при использовании их требуется гораздо больше), а  также особое свойство — асимметричность катализа. Дело в том, что при создании тех или иных веществ могут возникать две их хиральные формы — словно наши правая и левая рука. Из-за этого возникает проблема, особенно критичная для лекарственных препаратов, так как нередко они обладают разными или даже прямо противоположными свойствами, поэтому химикам-технологам необходима только какая-то одна из форм. Асимметричный органокатализ позволяет направлять химическую реакцию в такое русло, что на выходе будет соединение с требуемым вариантом хиральности.

Начиная с 2000-х годов асимметрический органический катализ набирает обороты в науке и промышленности. Тот же Дэвид Макмиллан сейчас консультирует десятки крупнейших фармацевтических компаний и даже основал одну свою. Доказано, что органокатализаторы способны ускорять множество химических реакций и принести пользу не только в производстве действующих веществ лекарственных препаратов, но и, например, в создании фотоэлементов для солнечных панелей.

Согласно прогнозу компании Clarivate Analytics, которой принадлежит одна из крупнейших научных информационных систем Web of Science, в этом году Нобелевскую премию по химии могли бы получить, например, Барри Холливел (Barry Halliwell) за свои пионерские работы по изучению свободных радикалов — высокореактогенных атомов или молекул, имеющих один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке. Сам Холливел и впоследствии другие химики и биологи показали важную роль свободных радикалов в возникновении окислительного стресса в клетках и связанных с ним заболеваний, а также защитный эффект антиоксидантов.

Другими претендентами были Уильям Йоргенсен (William L. Jorgensen), разработавший ряд вычислительных методов в органической и биохимии, ставших фундаментом для проектирования и направленного синтеза лекарственных препаратов. А также Мицуо Савамото (Mitsuo Sawamoto) за открытие опосредованной переходными металлами живой радикальной полимеризации.

Впрочем, на этот раз Clarivate Analytics не удалось угадать лауреатов Нобелевской премии по химии. Пока счёт 1:2 не в их пользу, сравнять его компания сможет в понедельник 11 октября, когда будут объявлены лауреаты в области экономики.

Первую Нобелевскую премию по химии вручили в 1901 году Якобу Хендрику Вант-Гоффу из Нидерландов «в знак признания огромной важности открытия законов химической динамики и осмотического давления в растворах».

В прошлом, 2020-м, году Нобелевскую премию по химии присудили двум женщинам — биологу Эммануэль Шарпентье (Emmanuelle Charpentier) и биохимику Дженнифер Дудне (Jennifer A. Doudna). Официальная формулировка Нобелевского комитета «за разработку методов редактирования генома». Шарпентье и Дудна внесли решающий вклад в разработку одного из важнейших инструментов современных генных технологий, биологии и медицины — молекулярных ножниц CRISPR/Cas9. Используя их, исследователи могут с чрезвычайно высокой точностью редактировать ДНК животных, растений и микроорганизмов. Эта технология оказала революционное влияние на науки о жизни и создание новых методов лечения рака, а в ближайшей перспективе также может воплотить в мечту всех врачей и пациентов об излечении от наследственных заболеваний.
IQ