Нобелевка по химии досталась первооткрывателям третьего типа катализаторов

Нобелевскую премию по химии за 2021 год присудили Бенджамину Листу (Германия) и Дэвиду Макмиллану (США) за открытие и развитие нового типа катализаторов, резко повысивших эффективность — и соответственно экологичность — химии синтеза, а особенно биохимических производств и фармацевтики.

Пресс-релиз Нобелевского комитета образно уподобляет работу лауреатов важнейшему шагу вперед из «каменного века» химии. «Прежде “молотки и стамески” в арсенале химиков были тупыми и ненадежными, и попытка скопировать произведения природы приводила к куче ненужных отходов», — пишет комитет.

Благодаря работам лауреатов у человечества появился асимметричный органокатализ — фактически третий тип катализаторов, помимо известных столетия металлов и тысячелетия — ферментов. Значение открытия в том, что новые катализаторы позволяют избирательно стимулировать реакции нужной хиральности, то есть сразу получать нужные молекулы, а не часто нежелательные симметричные им. Кроме того, катализаторы нового типа дешевы и экологичны, представляя собой набор активных групп на каркасе из атомов углерода, без атомов тяжелых металлов.

Лист задался вопросом, так ли сложнейшая архитектура природных энзимов необходима для катализа, и к началу 2000-х пришел к прорывному выводу: нет, не необходима. Оказалось, что те же функции при определенных условиях способны выполнять простые аминокислоты, в частности пролин. Примерно в то же время Макмиллан подошел к созданию органических каталитических структур, работающих как металлы, но в водной среде, а главное — осознал их потенциал и универсальный характер. Он же ввел термин «органокатализ».

С начала века это направление растет бешеными темпами, «похожими на эпоху золотой лихорадки», а Лист и Макмиллан остаются на переднем крае исследований, отмечает комитет. В ряде случаев удалось создать дешевые и устойчивые катализаторы, благодаря которым реакция «перепрыгивает» сразу несколько стадий традиционного синтеза. Так, синтез стрихнина, служащий в органической химии своего рода бенчмарком, удалось сделать в 7 тысяч раз эффективнее и убрать из него половину стадий.

Самым большим подарком избирательные органические катализаторы стали для фармацевтов, которым часто нужно выделять только один изомер действующего вещества из множества получившихся. К чему приводит просчет в этом процессе, наглядно показывает трагедия с талидомидом — снотворным, вызывавшим тяжелые дефекты у новорожденных. Уже в этом веке новый метод дал такие препараты, как антидепрессант пароксетин и антивирусный осельтамивир.

Присужденная накануне «нобелевка» по физике также имеет экологическое звучание. Ее дали ученым, благодаря которым стало возможным надежное моделирование климата и первое доказательство антропогенного характера глобального потепления.