Нобелевскую премию по химии 2026 года присудили Анри Кагану и Кэнсо Сои за открытие решения загадки химической асимметрии природы. Их работа открыла новые возможности для управления реакциями, применяемыми при производстве лекарств и других материалов.
Многие молекулы являются хиральными: они существуют в двух формах, представляющих собой зеркальные отражения друг друга, но не совпадающих между собой. Подобно левой и правой руке, такие варианты имеют сходные физические свойства, однако могут по-разному вести себя в химических процессах. В живых организмах почти всегда встречается только одна из двух форм — это явление называют гомохиральностью.
Каждая из зеркальных разновидностей молекулы называется энантиомером. Нобелевский комитет объяснил различие на примере ключа: мастер может изготовить два зеркальных ключа, но «только один из них подходит к замку, а замок может быть поврежден, если ваши клиенты попытаются открыть его другим ключом». Для лекарств это особенно важно, поскольку один энантиомер способен давать нужный лечебный эффект, тогда как другой может вызывать ненужные и иногда опасные побочные реакции.
Проблема возникает, в частности, при создании препаратов на основе аминокислот или сахаров. Во время синтеза ученым не всегда удается легко контролировать, какая именно форма молекулы будет получена. Изучение хиральности началось еще со времен Луи Пастера, обнаружившего два энантиомера, которые по-разному реагировали при контакте с бактериями.
Исследователи пытались воспроизвести гомохиральность в лаборатории, чтобы понять ее происхождение и научиться применять этот принцип в управляемых реакциях. Однако первые опыты обычно давали равные количества двух вариантов. В начале прошлого века немецкий химик Вилли Марквальд провел асимметричную реакцию, позволившую получить немного больше одной формы с помощью хирального катализатора — вещества, ускоряющего реакцию и не расходующегося в процессе.
В 1953 году физик-теоретик Чарльз Франк описал математическую модель, необходимую для воспроизведения гомохиральности. Она включала асимметричную реакцию, усиление первоначального дисбаланса и образование самого катализатора в ходе реакции. Последний процесс получил название автокатализа и создает положительную обратную связь: небольшое преимущество одной формы постепенно ускоряет ее образование. Именно эта схема стала основой исследований Анри Кагана, который с начала 1980-х годов совершенствовал асимметричные реакции, подробно изучая свойства катализаторов, сообщает Wired.