"Геніальний інструмент" для синтезу молекул. За що присудили Нобелівську премію з хімії

У Стокгольмі продовжують оголошувати імена володарів Нобелівської премії за 2021 рік. У середу, 6 жовтня, стали відомі імена лауреатів премії з хімії. Нагороду присудили німецькому вченому Лісту і його колезі з США Макміллану за розробку "геніального інструменту" для молекулярного конструювання, які дозволять зробити хімію більш екологічною.

Потрібно сказати, що лауреати досить молоді — особливо в порівнянні з двома 90-річними номінантами з фізики. Вони теж ровесники, обом по 53 роки, і вони народилися через 37 років після патріархів кліматології.

Як це часто буває, прогнози щодо того, хто в цьому році отримає премію з хімії, не виправдалися. Найавторитетніший — від агентства Clarivate Analytics — передбачав, що нагороду отримає хтось із цих трьох вчених: Баррі Холлівелл — за дослідження вільних радикалів, Вільям Йоргенсен — за роботи з обчислювальної хімії, або Міцуо Савамото — за відкриття реакції радикальної полімеризації з перенесенням атома .

У чому суть відкриття

До кінця ХХ століття хіміки знали тільки два види каталізаторів — речовин, які прискорюють хімічні реакції. Це атоми металів і ферменти. Металеві каталізатори використовують в промисловості, але реакції на каталізаторах з атомами металів зазвичай неспецифічні, тобто складно контролювати продукт на виході. Ферменти зустрічаються в живих організмах. Однак всередині людської або бактеріальної клітини може просто не знайтися ферменту, що підходить під конкретну реакцію.

Лауреати цього року відкрили третій вид каталізу. Так, німецький вчений Бенджамін Лист, який працює в інституті Макса Планка з дослідження вугілля, звернув увагу на те, що деякі каталізатори відносяться відразу до обох різновидів: наприклад, в клітинах людини є чимало ферментів, в активному центрі яких розташований атом металу. Але деякі ферменти справляються і без нього, обходячись одними тільки амінокислотами — а це означає, що амінокислоти можна зробити каталізаторами, виділивши з великої молекули ферменту. Лист з'ясував, що пролін — одна з найменших амінокислот — сама по собі може працювати каталізатором.

Американець Девід Макміллан з Прінстонського університету, прийшов до тієї ж ідеї з іншого боку. Він працював з каталізаторами на основі атомів металів і шукав способи зробити їх більш специфічними. Він навіть підібрав умови, при яких це могло б бути можливим, — але вони виявилися занадто складними для застосування в промисловості. Тому Макміллан переключився на невеликі органічні молекули і замінив атом металу в каталізаторі на іон імінія.

Роботи обох лауреатів вийшли в одному і тому ж 2000-му році — і з тих пір органічних каталізаторів стає все більше і більше. Серед їх переваг не тільки дешевизна, але і те, що вони скорочують час на виробництво складних органічних молекул. Крім того, завдяки своїй передбачуваності вони дозволяють отримувати тільки потрібний ізомер речовини. У сучасному світі їх застосовують в хімічному синтезі найрізноманітніших молекул — від нових фармацевтичних препаратів до хімічних сполук, які можуть уловлювати світло в сонячних батареях.

Що відомо про лауреатів

Бенджамін Лист народився 1968 році в німецькому Франкфурті-на-Майні, в 1997 році отримав докторський ступінь в Університеті Гете у Франкфурті. В даний час він є головою одного з наукових інститутів, що входять до Товариства наукових досліджень імені Макса Планка, в місті Мюльхайм-на-Рурі в Німеччині.

Девід Макміллан також в народився 1968 році в шотландському місті Беллзхілл. Пізніше переїхав до США. У 1996 році захистив докторську дисертацію в Каліфорнійському університеті в Ірвайні. Зараз він — професор Прінстонського університету.

Нобелівська премія з хімії в цифрах і фактах

В останні роки Нобелівську премію з хімії вручали за міждисциплінарні роботи — зокрема, за відкриття на стику з біологією. Наприклад, в 2018 і 2019 роках нагороди присудили за спрямовану еволюцію молекул і методи генетичного редагування. А в 2020-му премію отримали дослідники, які розробили метод редагування генома CRISPR-Cas9.

На відміну від премії з фізики, якої за всю історію нагороджень удостоювалися лише чотири жінки, хімія виявилася "більш відкритою наукою". За всю історію існування премії її лауреатами стали сім жінок.

В цілому Нобелівська премія з хімії вручалася 112 раз, її лауреатами до 2020 року включно ставали 185 вчених. Між двома лауреатами премія була розділена 24 рази, а між трьома — 25 разів. Середній вік учених, які отримали цю премію, становить 58 років.

Нобелівський тиждень закінчиться 11 жовтня, коли стануть відомі лауреати премії з економіки пам'яті Альфреда Нобеля, заснованої Держбанком Швеції. Завтра, 7 жовтня, назвуть лауреата премії з літератури, а 8 жовтня — лауреата премії миру.