"Гениальный инструмент" для синтеза молекул. За что присудили Нобелевскую премию по химии

В Стокгольме продолжают объявлять имена обладателей Нобелевской премии за 2021 год. В среду, 6 октября, стали известны имена лауреатов премии по химии. Награду присудили немецкому ученому Листу и его коллеге из США Макмиллану за разработку "гениального инструмента" для молекулярного конструирования, которые позволят сделать химию более экологичной.

Нужно сказать, что лауреаты весьма молоды — особенно по сравнению с двумя 90-летними номинантами по физике. Они тоже ровесники, обоим по 53 года, и они родились через 37 лет после патриархов климатологии.

Как это часто бывает, прогнозы относительно того, кто в этом году получит премию по химии, не оправдались. Самый авторитетный — от агентства Clarivate Analytics — предсказывал, что награду получит кто-то из этих трех ученых: Барри Холливелл — за исследования свободных радикалов, Уильям Йоргенсен — за работы по вычислительной химии, или Мицуо Савамото — за открытие реакции радикальной полимеризации с переносом атома.

В чем суть открытия

До конца ХХ века химики знали только два вида катализаторов — веществ, которые ускоряют химические реакции. Это атомы металлов и ферменты. Металлические катализаторы используют в промышленности, но реакции на катализаторах с атомами металлов обычно неспецифичны, то есть сложно контролировать продукт на выходе. Ферменты встречаются в живых организмах. Однако внутри человеческой или бактериальной клетки может просто не найтись фермента, подходящего под конкретную реакцию.

Лауреаты этого года открыли третий вид катализа. Так, немецкий ученый Бенджамин Лист, работающий в институте Макса Планка по исследованию угля, обратил внимание на то, что некоторые катализаторы относятся сразу к обеим разновидностям: например, в клетках человека есть немало ферментов, в активном центре которых расположен атом металла. Но некоторые ферменты справляются и без него, обходясь одними только аминокислотами — а это значит, что аминокислоты можно сделать катализаторами, выделив из большой молекулы фермента. Лист выяснил, что пролин — одна из самых маленьких аминокислот — сама по себе может работать катализатором.

Американец Дэвид Макмиллан из Принстонского университета, пришел к той же идее с другой стороны. Он работал с катализаторами на основе атомов металлов и искал способы сделать их более специфичными. Он даже подобрал условия, при которых это могло бы быть возможным — но они оказались слишком сложными для применения в промышленности. Поэтому Макмиллан переключился на небольшие органические молекулы и заменил атом металла в катализаторе на ион иминия.

Работы обоих лауреатов вышли в одном и том же 2000-м году — и с тех пор органических катализаторов становится все больше и больше. Среди их преимуществ не только дешевизна, но и то, что они сокращают время на производство сложных органических молекул. Кроме того, благодаря своей предсказуемости они позволяют получать только нужный изомер вещества. В современном мире их применяют в химическом синтезе самых разных молекул — от новых фармацевтических препаратов до химических соединений, которые могут улавливать свет в солнечных батареях.

Что известно о лауреатах

Бенджамин Лист родился 1968 году в немецком Франкфурте-на-Майне, в 1997 году получил докторскую степень в Университете Гете во Франкфурте. В настоящее время он является главой одного из научных институтов, входящих в Общество научных исследований имени Макса Планка, в городе Мюльхайм-на-Руре в Германии.

Дэвид Макмиллан родился также в 1968 году в шотландском городе Беллзхилл. Позже переехал в США. В 1996 году получил докторскую степень в Калифорнийском университете в Ирвайне. Сейчас он – профессор Принстонского университета.

Нобелевская премия по химии в цифрах и фактах

В последние годы Нобелевскую премию по химии вручали за междисциплинарные работы — в частности, за открытия на стыке с биологией. Например, в 2018 и 2019 годах награды присудили за направленную эволюцию молекул и методы генетического редактирования. А в 2020-м премию получили исследователи, которые разработали метод редактирования генома CRISPR-Cas9.

В отличие от премии по физике, которой за всю историю награждений удостаивались всего четыре женщины, химия оказалась "более открытой наукой". За всю историю существования премии ее лауреатами стали семь женщин.

В общей сложности Нобелевская премия по химии вручалась 112 раз, ее лауреатами до 2020 года включительно становились 185 ученых. Между двумя лауреатами премия была разделена 24 раза, а между тремя — 25 раз. Средний возраст ученых, получивших эту премию, составляет 58 лет.

Нобелевская неделя закончится 11 октября, когда станут известны лауреаты премии по экономике памяти Альфреда Нобеля, учрежденной Госбанком Швеции. Завтра, 7 октября, назовут лауреата премии по литературе, а 8 октября — лауреата премии мира.