Лауреат Нобелевской премии по химии 2026 года Генри Б. Б. Каган и Ся Конституция III не только нашли способ сделать химические реакции более склонными к получению необходимых молекул, но и добились автокаталитических реакций, позволяющих продуктам выступать в роли «помощников» — не только находя нужный «ключ», но и помогая производить больше «идентичных продуктов». Эти открытия не только помогают в производстве лекарств, но и дают подсказки к решению загадок химического сообщества: почему в зеркальных молекулах жизненных систем некоторые ключевые молекулы отдают предпочтение одной из этих форм?

Сцена объявления Нобелевской премии по химии 2026 года была сфотографирована в Стокгольме, Швеция, 7 октября

Молекулярный «ключ» имеет свои «левый и правый»

Когда мы сближаем руки, контуры обеих рук можно прижать друг к другу, но как бы мы ни перевернули их, они не могут полностью совпасть. Некоторые молекулы также имеют такое «деление влево-право», когда они являются зеркальными отражениями друг друга, но не могут быть перевернуты и перекрыться. Химики называют это свойство хиральностью. Здесь «левое» и «правое» — метафоры, помогающие понять пространственные формы.

Источник изображения: официальный сайт Нобелевской премии; это схематическая схема инвалидности

Различие в зеркальных отражениях молекулярного мира иногда скрыто в облаке запаха. Например, один зеркальный изомер карвоне пахнет мятой в зубной пасте, а другой — тмином. Их атомный состав одинаков, но пространственное расположение не может пересекаться. На пресс-конференции по вручению Нобелевской химической премии 7-го числа председатель Нобелевского комитета по химии Хайнер Линк объяснил, что нос может обнаруживать эту разницу, потому что рецепторы, распознавающие запахи, также хиральные, и они по-разному распознают две зеркальные молекулы.

В чём такая особенность в пространственном различии? Цзоу Сяодун, член Нобелевского комитета по химии, объяснил в интервью агентству Синьхуа 7 числа, что это похоже на надетие перчатки на правой руке и перчатку на левой — это неловко — молекулы лекарств взаимодействуют с человеческими белками, и нужно учитывать пространственную структуру.

Ключевые молекулы в жизненных системах, такие как аминокислоты, также демонстрируют явное хиральное смещение. Откуда берётся эта «предпочтительность» жизни? Тем временем у химиков есть практическая цель: произвести как можно больше зеркальных молекул как можно больше, чем сначала получить две и затем пытаться их различать. Поэтому они привезли хиральные катализаторы как «помощников» — не только для стимулирования реакций, но и для получения большего количества одной зеркальной молекулы.

Но что если «помощники» тоже «смешаны слева и справа»?

Пусть «помощники» усиливают свои предпочтения

Источник изображения: официальный сайт Нобелевской премии. Это схематическая схема нелинейных эффектов в асимметричных химических реакциях, открытая Каганом

Изначально учёные считали, что хиральная чистота катализатора линейно связана с хиральной чистотой продукта. Поэтому, чтобы получить «ключ» к максимально возможной хиральной чистоте, исследователи обычно выбирают «помощники» с высокой хиральной чистотой.

Но Каган начал испытывать другой подход: может ли взаимодействие хиральных молекул в катализаторе дать неожиданные результаты?

Класс катализаторов, изучаемых Карганом, состоит как из металлов, так и из хиральных молекул. Он выдвинул гипотезу, что когда две хиральные молекулы, являющиеся зеркальными отражениями друг друга, соединены металлами, могут образовываться три комбинации: «лево-лево», «право-правое» и «лево-правое». Если комбинация «лево-лево» стремится к «левому» произведению, а «право-правое» — к «правым» произведениям, как будет работать сочетание «лево-правое»?

Экспериментальные результаты показывают, что катализатор комбинации «лево-правое» приводит в движение химические реакции гораздо медленнее, чем комбинации «право-право» или «лево-лево». Таким образом, даже если «правое» сначала немного больше «левого», преимущество комбинации «право-право» значительно усиливается, то есть продукт «усиливает» смещение катализатора.

В 1986 году Каган и коллеги сообщили о «нелинейном эффекте» между хиральными компонентами катализаторов и хиральной чистотой продуктов. Это открытие стало важным прорывом, привлекая больше химиков к изучению этого явления и открывая новые идеи для улучшения асимметричных реакций. Питер Шаумфой, член Нобелевского комитета по химии, в интервью заявил, что эти открытия являются «фундаментальными инструментами для проектирования и анализа таких реакций» при разработке методов синтеза хиральных лекарственных молекул.

Пусть маленькие преимущества накапливаются всё глубже и глубже

Источник изображения: официальный сайт Нобелевской премии. Это схематическая схема явления асимметричного автокатализа, открытого Ся Хэсянем III

Однако усилить разницу один раз — это не то же самое, что позволить ей продолжать расширяться. Далее, Ся Хэсянь 3 хотел найти более уникальный ответ: позволить новообразованным молекулам также стать «помощниками», присоединяющимися к производственной линии.

Это основная идея автокатализа: полученный материал также может способствовать превращению сырья в то же самое вещество. Если новообразованные «правильные» молекулы лучше помогают производить «правильные» молекулы, будет ли изначально крошечное пропорциональное преимущество увеличиваться всё больше?

Ещё в 1953 году физик Чарльз Франк предложил модель: если одна молекула зеркала может одновременно способствовать формированию собственного зеркала и подавлять образование другой зеркальной молекулы, то первоначально небольшое преимущество может постепенно увеличиваться.

К 1990 году Ся Хэ Сянь III добился включения продуктов в катализирование их собственного образования, но хиральность этих продуктов фактически снизилась. В 1995 году он и его коллеги добились ключевого прорыва: продукт не только продолжал действовать как «ассистент», но и позволил ранее доминирующей зеркальной молекуле ещё больше увеличить долю зеркальной молекулы.

В 2003 году он пошёл дальше в том, что позже назовут «самым крутым экспериментом в органической химии» — «ракеточной реакцией синтеза»: начиная с нехирального реагента, во время реакции получались две хиральные молекулы. Какая из них изначально имела небольшое преимущество, в итоге составляла до 99,99% продукта.

Сегодня открытия двух лауреатов стали важными инструментами для понимания и проектирования асимметричных синтетических реакций, широко применяемых в органическом синтезе и разработке лекарств. Но это не значит, что тайна хиральной предвзятости жизни решена, как сказал Ся Хэ Сяньсань: «Это, безусловно, не окончательный ответ.»

От рук, которые не могут полностью перекрыться, до слабого запаха на кончике носа, до крошечных различий в пробирке — «левая и правая» молекул связывают повседневную жизнь и древние вопросы о жизни. Откуда берётся «предпочтение» жизни? Ответ раскрывается в этих тонких деталях.

Wu Xi Further Pharmaceutical Co., Ltd

Основные продукты

Пальмитоилэтаноламид (PEA) Micro (CAS 544-31-0)

Спермидин тригидрохлорид (CAS 334-50-9)

Птеростильбен (CAS 537-42-8)

Лютеолин (CAS 491-70-3)

Voglibose (CAS 83480-29-9) JP GMP

Mailbox:wuxifurther@gmail.com    

WhatsApp:+86 18036885286