Нобелівську премію з хімії присудили за дослідження хіральних реакцій

Нобелівську премію з хімії присудили Анрі Кагану та Кендзо Соаю за відкриття хімічних реакцій, здатних створювати значний надлишок молекул однієї хіральності. Як повідомляє Ars Technica, ці роботи мають значення для розуміння походження життя та для синтезу речовин, зокрема фармацевтичних препаратів.

Хіральність описує молекули, які є дзеркальними відображеннями одна одної, подібно до лівої та правої руки. Вони можуть мати однаковий хімічний склад, але відрізнятися просторовим розташуванням зв’язків. У живих організмах така відмінність критична: ферменти часто взаємодіють лише з молекулами певної хіральності. Наприклад, життя використовує лише одну форму цукрів, а амінокислоти також існують у двох дзеркальних варіантах.

Як виникає перевага однієї форми

У звичайних хімічних реакціях ліві й праві форми молекул зазвичай утворюються приблизно в однаковій кількості. Це створює проблему для досліджень походження життя: необхідно пояснити, як із такого поєднання виникли системи, що використовують лише один варіант молекул.

Анрі Каган досліджував хіральні каталізатори й встановив, що в суміші лівої та правої форм каталізатора одна з них може бути значно активнішою. Якщо такий каталізатор забезпечує реакцію з утворенням хірального продукту, це дає змогу підвищити частку одного з його варіантів. До середини 1960-х років Каган виявив три реакції, які створювали надлишок однієї хіральної форми.

Самокаталіз і практичне застосування

Кендзо Соай працював із реакціями, у яких один із продуктів сам прискорює подальше перебіг тієї самої реакції. Він знайшов процес, де продукт певної хіральності стимулював утворення нових молекул тієї ж форми. Після одного циклу реакції надлишок однієї форми зріс до 55%, а після кількох циклів 90% продуктів належали до однієї хіральності.

Згодом Соай встановив умови, за яких продукт не лише каталізував утворення своєї форми, а й пригнічував появу її дзеркального варіанта. За стартової переваги лише 0,00005% після кількох циклів надлишок перевищував 99%. Подібний контроль важливий для виробництва ліків, адже неправильна хіральна форма препарату може бути неактивною або шкідливою.