Игорь Лалаянц
Радость Беньямина Листа и Дэвида Макмиллана понятна – они открыли принципиально новый тип катализаторов, за что и отмечены Нобелевским комитетом. Фото Reuters
Премию по химии в этом году присудили немцу Бенджамину Листу и шотландцу Дэвиду Макмиллану, то есть гражданам ФРГ и Соединенного Королевства. Оба – успешно работающих за океаном, в США. Там они и сделали свои эпохальные открытия, создав принципиально новый тип, или класс органических катализаторов. Шотландец и предложил для них название «органокатализ» (organocatalysis).
Химики издавна знают два типа катализаторов, одни из которых неорганические и в основном представлены металлами, а другие – так называемые энзимы. С последними человечество познакомилось тысячелетия тому назад, когда начало варить пиво и делать вино, печь дрожжевой хлеб, закваску для которого греки называли «зимаза» (подниматься тесту).
Но энзимы или органические катализаторы не менее капризны. Это сложно устроенные протеины, состоящие из сотен, а то и тысяч аминокислот. Последние представляют собой продукт соединения аммиака и уксусной кислоты с различными «добавками» в боковых цепях.
Лист, перебравшись за океан, попал на работу в Исследовательский институт в калифорнийском городе Ла-Джолла, пригороде Сан-Диего. Там пытались создавать новые энзиматические катализаторы, используя, в частности, белковые антитела с их высокой специфичностью к разным веществам. Антитела имеют Y-образную форму с двумя тяжелыми и двумя легкими цепями, которые своими концами как раз и образуют специфические сайты связывания.
Но Лист был не биологом, а химиком, поэтому он задался вопросом: а что является действующей «силой» антитела? Оказалось, что это – аминокислота пролин. Азот в ее боковой цепи собирает на себе электроны, которые он дает на время «взаймы». Для 2000 года, в феврале которого увидела свет его первая статья в журнале Американского Химического общества (JACS), это было откровением.
Открытием также стало то, что пролин является хиральным катализатором. Хиральность (от греч. – рука) молекул означает, что они могут иметь зеркальные отражения друг друга (как кисти наших рук, как перчатки). Это фундаментальное свойство биосферы – она хиральна: белки построены из левых аминокислот, а сахара нуклеиновых кислот – правые. При химическом синтезе того же инсулина получают смесь обоих зеркальных изомеров, но действует он, если построен только из левых аминокислот. Поэтому пришлось переходить на более дорогую биотехнологию…
Вторым «отцом-основателем» органического катализа стал Дэвид Макмиллан. Шотландец, оказавшийся после Гарварда и Калифорнийского университета в Беркли в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. Независимо от немца Макмиллан представил в январе 2000 года свою статью, в которой описывал синтез с помощью органического катализа. В предисловии статьи говорилось, что предложена новая стратегия органокатализа, который можно применять для самых разных хиральных трансформаций. Тем самым второй лауреат стал автором нового термина в науке.
Одним из примеров успешного применения пространственно-специфичного (направленного) органокатализа стал синтез стрихнина, который широко применяется кардиологами и реаниматологами. Этот чрезвычайно токсичный алкалоид, подстегивающий проведение нервных импульсов в нейронных синапсах, был впервые химически синтезирован еще в 1952 году. Но выход процесса не превышал 0,001%. Процесс состоял почти из 30 стадий. В 2011 году процесс сократился до 11 шагов, а выход хирально чистого продукта увеличился в 7000 раз.
Органический катализ вдохновил фармацевтические компании, которые с его помощью получили пароксетин (Paroxetine), используемый для подавления беспокойства и выведения людей из депрессии, а также противовирусный осельтамивир (Oseltamivir), с помощью которого лечат некоторые формы гриппа.
Можно заметить, что довольно часто «химические» премии дают за биомедицинские открытия. Так, Джеймсу Уотсону и Френсису Крику медицинскую премию дали за открытие структуры ДНК, а их коллегам Максу Перутцу и Джону Кендрью химическую премию дали за рентгеноструктурный анализ гемоглобина и миоглобина. Про премию 2021 года можно сказать, что она чисто химическая, может быть с оттенком фармакологии…
Беньямин Лист родился 11 января 1968 года во Франкфурте-на-Майне и окончил университет в Гамбурге. Работал над диссертацией в Свободном университете Берлина, защитив ее в столичном университете Гёте. Потом перебрался за океан. В настоящее время он – профессор Кёльнского университета, а также сотрудник Института угольных исследований. Параллельно с этим Лист занимает исследовательскую должность в университете японского о-ва Хоккайдо.
Дэвид Макмиллан родился в том же 1968 году в шотландском Белсхилле и в 1991 году окончил университет Глазго, после чего переехал в Калифорнийский университет г. Ирвина. Провел несколько лет в Гарварде. В 2000-м вернулся в Калифорнию, где стал работать в Калтеке. Его открытие привлекло внимание коллег и университетских администраторов, в результате чего Макмиллана в 2006-м пригласили в Принстон. Таким образом, престижный университет, в котором 30 лет работал Эйнштейн, обзавелся в нынешнем году сразу двумя нобелевскими лауреатами. Шотландец в 2012 году был избран членом Королевского общества Британии, он также несколько лет был редактором журнала Chemical Science.
комментарии(0)