Чудодейственные молекулы: Кто и за что получил Нобелевку по химии

В 2000-х независимо друг от друга ученые создали новый тип катализаторов — веществ, ускоряющих химические реакции, но не входящие в состав конечных продуктов. Depo.ua рассказывает, в чем суть работы нынешних триумфаторов.

Ключ — в аминокислоте

О существовании катализаторов еще в 1835 году заговорил химик Якоб Берцелиус, говорится на официальном сайте Нобелевской премии. Он описал новую "силу", которая "генерирует химическую активность".

С тех пор химики активно взялись за изучение катализаторов — определяли вещества, способные разделить молекулы или, наоборот, удержать их вместе. Благодаря таким экспериментам появился пластик, многие виды лекарств, косметических средств и кулинарных ингредиентов. При этом до 2000-го года все имеющиеся катализаторы были или ферментами, или металлами.

Но металлы в работе химиков имели свои недостатки — в частности, они были слишком уязвимы к кислороду и воде, а иногда их использование ухудшало экологическую ситуацию. Что касается ферментов — они безупречно работали по воле природы в живых организмах, но вот заставить их выполнять команды ученых удавалось не всегда. С работы с энзимами и начал свой путь к Нобелевке Бенджамин Лист.

Он вместе с коллегами начал экспериментировать с каталитическими антителами. В основном в организме антитела присоединяются к возбудителю, чтобы уничтожить его. Но Лист отделил антитела и начал на их примере думать, как, собственно, работают ферменты.

Хотя некоторые из них содержали металлы — признанные катализаторы, в других драйверами реакций выступали аминокислоты. Поэтому Лист начал искать ответы, будут ли работать такие аминокислоты или похожие простые молекулы, если выделить их из ферментов.

Его внимание привлекла аминокисота пролин, с которой уже проводили ряд экспериментов раньше. Оказалось, что вещество способно провоцировать реакцию в углероде — связывая вместе атомы от двух разных молекул. Лист оценил потенциальную роль аминокислоты в качестве катализатора, ведь использовать ее было просто, дешево и безопасно. Кроме того, ученый увидел, что кислота способна обеспечивать так называемый асимметричный синтез. Если в классическом варианте в результате реакции формируются пары молекул с зеркальными свойствами, в экспериментах с пролином одной вариации было больше, чем другой, что было удобно для дальнейшего использования.

Ускоренный эффект

При этом Дэвид Макмиллан работал над улучшением катализа с помощью металлов, но разочаровывался в перспективах метода. В лаборатории было реально защитить металлы от влаги и кислорода, но в производстве задача становилась невыполнимой. Поэтому ученый перешел к созданию простых органических молекул (молекул, имеющими углеродную основу и содержащими ряд других распространенных элементов, — ред.) и экспериментам с ними. Оказалось, что немало таких молекул могут быть замечательными катализаторами. При этом молекулы, как и в случае с пролином, образовывались асимметрично.

Именно Макмиллан придумал термин "органокатализ". А в последующие годы как он, так и Лист открыли немало органических катализаторов, что обусловило мини-революцию в производстве. Ранее процесс требовал нескольких этапов — после каждого надо было изолировать и очищать промежуточные продукты, — а благодаря органокатализу несколько стадий стало реально пройти одна за другой, без перерывов. Таким образом производство стало быстрее и чище. Также метод ускорил фармацевтические исследования — ведь зеркальные пары молекул иногда вызывали крайне нежелательные побочные эффекты от препаратов. Асимметричный катализ, соответственно, позволил этого избежать.

Вещества, которые раньше добывали из редких растений, начали запросто синтезировать. Кроме того, простые и давно известные препараты начали синтезировать значительно быстрее.