Нобелевская премия по химии в 2021 году досталась немецкому химику, директору Института исследования угля Общества Макса Планка Беньямину Листу и профессору Принстонского университета Дэвиду Макмиллану за исследования в области асимметрического органокатализа. Имена лауреатов объявили на церемонии Нобелевского комитета в Стокгольме.
Асимметрический органокатализ изучает возможность проведения сложных асимметрических реакций, используя в качестве катализаторов небольшие органические молекулы, как правило, аминокислоты, некоторые амины и их производные.
Современные медицина, наука и индустрия во многом зависят от способности химиков создавать молекулы, которые будут тормозить развитие заболеваний, образовывать эластичные и прочные материалы, накапливать энергию в батареях и решать многие другие задачи. Для этой работы необходимы катализаторы — вещества, которые контролируют и ускоряют химические реакции, не становясь частью конечного продукта.
Например, катализаторы в автомобилях превращают токсичные вещества в выхлопных газах в безвредные молекулы. Наши тела также содержат тысячи катализаторов в виде ферментов, которые разбивают молекулы на блоки, необходимые для жизни.
Катализаторы — один из основных инструментов химиков. Долгое время считалось, что существует всего два их вида — металлы и ферменты. Лист и Макмиллан в 2000 году, независимо друг от друга, разработали третий тип катализа.
Он называется асимметрический органокатализ и строится на основе малых органических молекул.
«Эта концепция катализа настолько же проста, насколько и гениальна, и многие задавались вопросом, почему мы не додумались до нее раньше», — говорит Йохан Эквист, председатель Нобелевского комитета по химии.
Органические катализаторы имеют стабильный каркас из атомов углерода, к которому могут присоединяться более активные химические группы. Они часто содержат такие распространенные элементы, как кислород, азот, сера или фосфор. Это означает, что такие катализаторы экологически чисты и дешевы в производстве.
Органические катализаторы быстро стали популярными, и это связано, прежде всего, с их способностью к асимметрическому катализу.
При построении молекул часто возникают ситуации, когда могут образоваться две разные молекулы, являющиеся зеркальным отражением друг друга, как руки или ноги у человека. Химикам часто нужна только одна из них, особенно при производстве фармацевтических препаратов — и асимметрический органокатализ позволяет получить именно ее.
С 2000 года органокатализ развивается с поразительной скоростью. Лист и Макмиллан остаются лидерами в этой области. Они показали, что органические катализаторы можно использовать для запуска множества химических реакций.
Используя эти реакции, исследователи теперь могут более эффективно создавать все, что угодно — от новых фармацевтических препаратов до молекул, способных улавливать свет в солнечных батареях. Так органокатализаторы приносят человечеству огромную пользу.
По прогнозам компании Clarivate Analytics, бывшего подразделения по науке и интеллектуальной собственности компании Thomson Reuters, премия могла достаться сингапурскому химику Барри Холливеллу за исследования в области химии свободных радикалов, включая роль свободных радикалов и антиоксидантов в заболеваниях человека.
Еще одним возможным кандидатом аналитики компании назвали профессора Йельского университета Уильяма Йоргенсена, эксперта в области вычислительной химии, внесшего большой вклад в изучение органических и биомолекулярных систем в растворах. Открытия Йоргенсена оказались полезны при разработке и синтезе многих лекарств.
Также лауреатом мог стать профессор Мицуо Савамото из японского Университета Тюбу. Он открыл и глубоко изучил катализируемую металлами «живую» радикальную полимеризацию, один из процессов получения высокомолекулярных соединений из низкомолекулярных без образования побочных продуктов.
В 2020 году премии удостоились американский биохимик Дженнифер Дудна и французский микробиолог Эммануэль Шарпентье за открытие и исследование метода генетического редактирования CRISPR-Cas9 — «молекулярных ножниц», позволяющих вырезать из ДНК одни фрагменты и вставлять другие.