Нобелевскую премию по химии 2026 года дали за асимметрию живых молекул

Нобелевская премия по химии 2026 года отметила исследование, объяснившее устойчивую странность живой химии. У хиральной молекулы есть две формы, зеркальные и несовпадающие, как левая и правая рука. Организмы почти всегда содержат лишь одну из них.

Это называют гомохиральностью, и лаборатория долго не могла повторить такую избирательность. Каждую форму называют энантиомером. Физические свойства пары близки, но в реакциях формы расходятся.

Нобелевский комитет сравнил их с ключами: слесарь делает два зеркальных ключа, в замок входит один, а второй способен замок повредить. Для создания лекарств сравнение оказывается практическим. Если препарат опирается на аминокислоты или сахара, одна форма дает лечебный эффект, другая приносит лишние и порой вредные побочные действия.

Синтез не всегда позволяет заранее выбрать версию. Контроль хиральности поэтому нужен и фармакологии, и тем, кто ищет, откуда взялась односторонность жизни. Хиральные молекулы заметили еще при Пастере: два энантиомера по-разному реагировали на бактерии.

Позже ученые пытались получить в колбе природную избирательность и понять, могла ли она возникнуть сама. Ранние опыты заканчивались равными долями обеих форм и избирательности живых систем не воспроизводили. В начале прошлого века немецкий химик Вилли Марквальд построил асимметричную реакцию, где одной версии становилось немного больше.

Сдвиг обеспечивал хиральный катализатор: он ускоряет превращение, не расходуясь, и склоняет его к одному энантиомеру. Соотношение сдвинулось слабо, до природной почти полной односторонности было далеко. В 1953 году физик-теоретик Чарльз Фрэнк задал три условия.

Нужна реакция, предпочитающая одну форму; перевес надо усилить; реакция должна сама производить ведущий ее катализатор. Это автокатализ, положительная обратная связь: малое преимущество разгоняет сборку одной формы, пока она не займет смесь. Схема стала опорой работ Анри Кагана.

С начала 1980-х Каган разбирал катализатор асимметричных реакций. Обычно брали атом металла как движущую силу и хиральное вещество, задававшее несимметричность. Равные количества двух версий этого вещества, полагали, дадут равную смесь на выходе.

Каган решил, что металл связывается не с одним энантиомером, а с обоими сразу. Смесь версий A и B дает сочетания A-A, B-B и A-B. Первые два порождают зеркальные молекулы, а A-B может замедлять реакцию и тем косвенно благоприятствовать одной конечной форме.

Эффект назвали нелинейным. Он стал и способом управлять превращением, и инструментом, чтобы видеть, какие частицы в нем действительно активны. Профессор органической химии Университета Вальядолида Хосе Мария Андрес Гарсия в заявлении для SMC Spain отметил практическую ценность нелинейных эффектов и их пользу для изучения механизмов и природы каталитически активных частиц.

Отсюда Кенсо Соаи пошел к условию Фрэнка, при котором продукт сам катализирует появление таких же молекул. Соаи взял 5-пиримидилалканол. Сначала одна версия была обильнее другой лишь на 2 процента, к концу перевес достиг 87 процентов.

Затем он годы добивался почти абсолютной чистоты одного энантиомера, приближая колбу к молекулярному состоянию живого организма. В 2003 году исходные вещества не имели заданной ориентации, но по ходу реакции случайно возник небольшой избыток одной формы. Он породил множество таких же молекул, и эта форма дошла до 99,99 процента продукта: фактически получился один энантиомер из двух.

Комитет заметил, что прежде, кроме самой жизни, этого не достигал никто.