Согласно сообщению информационного агентства Синьхуа, Шведская королевская академия наук объявила о присуждении Нобелевской премии по химии 2026 года ученым Генри Б. Кагану и Кодзи Ямаути. Награду они получили за открытие нелинейных эффектов и самокаталитических явлений в асимметричном органическом синтезе.
Все объекты в мире состоят из атомов и молекул. Некоторые из этих молекул, такие как аминокислоты, существуют в виде двух зеркальных вариантов. Однако в живых организмах и многих природных веществах присутствует только один из этих вариантов. Причина такой химической асимметрии долгое время оставалась одной из самых интригующих загадок для химиков.
Кроме того, ученых беспокоила практическая проблема: при проведении химических реакций, способных создавать оба зеркальных варианта молекул, в пробирке всегда получалась смесь этих двух изомеров в равных пропорциях. Однако для создания лекарств, взаимодействующих с живыми организмами, критически важно получать только один конкретный вариант. В случае с лекарствами только одна из «зеркальных» молекул может давать ожидаемый терапевтический эффект, в то время как другая может быть неэффективной или даже опасной.
Вклад Кагана и Ямаути заключается в том, что они нашли способы контролировать и производить специфические зеркальные молекулы. Разработав уникальные механизмы хирального катализа, они позволили химикам по своему желанию производить партии нужных «лево-» или «право-» ориентированных молекул.
Прорыв в производстве лекарств и снижение затрат
В 1986 году Каган обнаружил, что использование хиральных катализаторов с определенной симметрией (например, симметрией C2) позволяет действовать как высокоточные «левые» или «правые» ножницы, отсекающие только один тип молекул. Симметрия C2 означает, что при повороте молекулы на 180 градусов вокруг определенной оси она становится идентичной исходному состоянию.
Ранее считалось, что чистота катализатора напрямую и линейно определяет чистоту продукта. Однако Каган доказал наличие «нелинейного эффекта»: даже если сам хиральный катализатор недостаточно чист (содержит смесь левых и правых форм), в процессе химической реакции они самоорганизуются, вызывая эффект «хирального усиления». Это позволяет получать высокочистые продукты даже при использовании менее совершенных катализаторов. Такой метод значительно упрощает производство и снижает стоимость сырья для фармацевтических препаратов.
Самокатализ и решение загадок происхождения жизни
Важный вклад Кодзи Ямаути был сделан в 1995 году, когда он открыл реакцию Ямаути — «асимметричную самокаталитическую реакцию». Это открытие идеально объяснило нелинейные эффекты и хиральное усиление в химическом синтезе. В традиционных реакциях, если исходные материалы не обладают хиральностью, образуется смесь изомеров 50:50. Однако Ямаути использовал реакцию присоединения пиримидин-5-альдегида к диизопропилцинк-магнию, которая нарушила этот баланс.
В этой реакции полученный продукт — хиральный пиримидинальколь — сам по себе является чрезвычайно эффективным «асимметричным катализатором». Если в начале реакции присутствует даже ничтожное количество одного из изомеров, продукт начинает «размножаться», подобно делению клеток, ускоряя образование именно того же типа молекул. В ходе процесса малейшая разница многократно усиливается, что позволяет достичь чистоты одного хирального изомера более 99,5%.
Эти открытия имеют фундаментальное значение: они объясняют, как в неорганическом мире, основываясь на слабых физических сигналах (таких как круговая поляризация света, поверхности кристаллов кварца или микроскопические различия в массе изотопов), может возникнуть полностью однородный хиральный мир.
Безопасность, фармакология и промышленное применение
Открытия Кагана и Ямаути имеют многогранное значение: они решают загадки происхождения жизни, повышают производительность современной промышленности и предотвращают трагические ошибки в медицине.
В фармацевтике хиральность критически важна. Например, одна форма молекулы может лечить болезнь, а ее зеркальное отражение — быть бесполезным. Использование методов асимметричного самокатализа позволяет производить такие препараты, как антиретровирусный препарат Эфавиренц, более эффективно и дешево.
Технологии ученых также находят применение в производстве ароматизаторов и пестицидов. Органы чувств человека и физиологические рецепторы растений обладают высоко�� способностью распознавать хиральность. Например, одна форма молекулы ароматизатора может пахнуть цитрусовыми, а другая — скипидаром. Точное производство одного типа молекул гарантирует чистоту запаха и безопасность для окружающей среды.
Наконец, эти исследования помогают избежать медицинских катастроф, таких как трагедия с препаратом талидомид (Thalidomide) в 1950-60-х годах. Талидомид использовался для борьбы с токсикозом при беременности, но из-за того, что он поставлялся в виде смеси двух хиральных форм, тысячи детей родились с тяжелыми пороками развития.
Хотя одна форма (R-талидомид) была безопасной, другая (S-талидомид) была сильным тератогеном. Трагедия талидомида заставила мир осознать необходимость развития технологий асимметричного синтеза. Теперь любой новый препарат должен проходить строгие клинические испытания, где каждая хиральная форма проверяется на токсичность и эффективность отдельно. Исследования Кагана и Ямаути обеспечили химиков инструментами для создания безопасного и точного будущего медицины.
Читайте также
- Идеология культуры Си Цзиньпина: новые горизонты развития культурной мощи Китая, инновации в искусстве и сохранение наследия в новую эпоху.
- Документальный фильм раскрывает детали борьбы с мошенничеством на севере Мьянмы: масштабные операции, ликвидация преступных сетей и международное сотрудничество.