Левая рука, правая рука: как Нобелевская премия наконец решила проблему молекулярного зеркала

Некоторые молекулы существуют в виде пар, которые являются зеркальными отражениями друг друга, как левая и правая рука. Они выглядят почти одинаково, но биология относится к ним совершенно по-разному. Одна версия лекарства может исцелять; её зеркальный двойник может быть бесполезным или опасным.

Именно эту проблему должна была решить Нобелевская премия по химии этого года. Награда была присуждена Анри Б. Кагану и Кенсо Соаи за открытие нелинейных эффектов и самокатализа в асимметричном органическом синтезе. Проще говоря, они нашли способы заставить химическую реакцию отдавать предпочтение одной зеркальной форме перед другой и позволить этому предпочтению усиливаться.

Ставки не абстрактны. В конце 1950-х и начале 1960-х годов беременным женщинам давали седативное средство под названием талидомид, чтобы облегчить утреннюю тошноту. Одна зеркальная форма молекулы помогала от тошноты; другая могла нарушить развитие плода. Тысячи младенцев в десятках стран родились с тяжёлыми дефектами конечностей. Эта катастрофа изменила регулирование лекарств во всём мире и сделала вопрос о молекулярной хиральности невозможным игнорировать.

Химики давно знали, что теоретически можно создать реакции, производящие только одну зеркальную форму. Загадка была в том, как сделать это надёжно. Реакция, которая начинается с небольшого дисбаланса между двумя формами, часто остаётся с небольшим дисбалансом. Работа Кагана показала, что в некоторых реакциях дисбаланс может расти непропорционально — нелинейный эффект. Позже Соаи продемонстрировал самокатализ, когда продукт реакции ускоряет собственное образование и фиксирует одну хиральность — своего рода химическую память.

Вместе эти идеи дали химикам инструменты для управления реакциями с гораздо большим контролем. Это важно для фармацевтики, где регуляторы теперь требуют подробных данных о том, какую зеркальную форму содержит лекарство. Это также важно для сельского хозяйства и материалов, везде, где форма молекулы определяет, работает ли она.

Признание следует pattern этого нобелевского сезона. Премия по медицине отметила оптогенетику — технику, использующую свет для включения и выключения клеток мозга. Премия по физике досталась создателям IceCube — детектора нейтрино объёмом в кубический километр, погребённого во льдах Антарктиды. Как выразилась одна китайская научная редакция, награды продолжают превращать невидимое в видимое, а невозможное — в возможное.

Китайские исследователи также активны в этой области. Учреждения по всей стране изучают хиральную химию и асимметричный катализ, и эта тема является основой программ подготовки аспирантов по органическому синтезу. Нобелевское признание, вероятно, привлечёт к ней ещё больше студентов.

Для остальных из нас урок проще. Форма молекулы — не деталь. Она может решить, поможет ли лекарство матери или навредит её ребёнку. Два химика посвятили карьеру изучению того, как контролировать эту форму, и премия напоминает, почему медленная работа по пониманию материи по-прежнему важна.