Новости химической науки > Нобелевская премия по химии 2026: зеркальная загадка жизни получила разгадку

7 октября 2026 года Шведская королевская академия наук объявила о присуждении Нобелевской премии по химии французскому учёному Анри Кагану и японскому исследователю Кэнсо Соаи. Награда вручена «за открытие нелинейных эффектов и автокатализа в асимметричном органическом синтезе». Работы лауреатов решили загадку, которой более века: как в живых организмах возникает гомохиральность — явление, при котором из двух зеркальных форм молекул используется только одна. Открытия Кагана и Соаи не только объяснили происхождение химической асимметрии жизни, но и дали химикам инструменты для целенаправленного синтеза лекарств с нужной пространственной конфигурацией.

Аннотация. Нобелевская премия по химии 2026 года присуждена Анри Кагану и Кэнсо Соаи за открытие нелинейных эффектов и автокатализа в асимметричном органическом синтезе. Эти открытия объяснили, как может возникать гомохиральность — фундаментальное свойство живых организмов использовать только одну из двух зеркальных форм молекул. Каган обнаружил в 1986 году, что нечистый катализатор может давать неожиданно высокий избыток одной формы, а Соаи в 1995 году создал реакцию, в которой продукт катализирует собственное образование. Их работы имеют прямое практическое значение для фармацевтической промышленности.

Многие молекулы существуют в двух формах, которые являются зеркальными отражениями друг друга, но не совпадают при наложении — как левая и правая рука. Такие молекулы называют хиральными, а две их разновидности — энантиомерами. Это свойство было открыто ещё Луи Пастером в 1848 году, когда он вручную разделил кристаллы соли виноградной кислоты на две зеркальные группы.

В живой природе хиральность проявляется удивительным образом. Все белки построены из «левосторонних» аминокислот, а ДНК и РНК — из «правосторонних» сахаров. Это явление называют биологической гомохиральностью. Проблема в том, что при обычном химическом синтезе хиральных молекул образуется равная смесь обеих форм. Как природа умудрилась выбрать только одну — оставалось загадкой более ста лет.

Практическая важность вопроса стала трагически очевидной в 1960-х годах. Лекарство талидомид, продававшееся как средство от токсикоза у беременных, содержало смесь двух зеркальных форм. Одна форма обладала нужным действием, другая вызывала тяжёлые врождённые дефекты. Тысячи детей пострадали, прежде чем препарат был запрещён.

До 1986 года в химии господствовало убеждение, что чистота продукта асимметрической реакции строго пропорциональна чистоте катализатора. Если катализатор на 60% состоит из «правосторонних» молекул, то и продукт должен получиться примерно на 60% «правосторонним». Эту линейную зависимость считали универсальной.

Анри Каган из Университета Париж-Юг обнаружил, что это не так. Он показал, что хиральные молекулы катализатора способны объединяться в пары. Две «правосторонние» молекулы образуют активную пару, две «левосторонние» — тоже. Но когда встречаются «правая» и «левая», они образуют неактивный «гетерохиральный» димер — и это выводит обе молекулы из игры.

Парадоксальный результат: чем больше в смеси «примесных» молекул, тем активнее они связывают «нужные» молекулы в неработающие пары. В итоге нелинейный эффект Кагана означает: небольшое количество чистого катализатора может дать непропорционально высокий избыток нужной формы продукта. Это открытие не только изменило теорию, но и дало химикам практический способ получать более чистые вещества из менее чистого сырья.

Ещё в 1953 году теоретический физик Ф. Ч. Фрэнк предложил математическую модель, объясняющую, как в химической системе может спонтанно возникнуть преобладание одной хиральной формы над другой. Его модель предполагала два ключевых механизма: самовоспроизведение (автокатализ) и взаимное подавление двух форм. Однако реальной химической реакции, соответствующей этой модели, не существовало почти сорок лет.

В 1990 году Кэнсо Соаи из Токийского университета науки начал изучать реакцию присоединения диизопропилцинка к пиримидин-5-карбальдегиду. Он обнаружил нечто поразительное: продукт реакции сам является катализатором для собственного образования. Молекула пиримидилалканола, едва появившись, захватывает новые порции исходных веществ и превращает их в собственные копии. Это и есть автокатализ — самовоспроизведение на молекулярном уровне.

В 1995 году Соаи опубликовал результаты, которые потрясли химическое сообщество. Он запустил реакцию с исходным избытком одной формы всего в 0,00005% — величина, которую практически невозможно надёжно измерить. После нескольких циклов автокатализа чистота продукта превысила 99,5%. Ничтожная случайная флуктуация была многократно усилена механизмом самовоспроизведения.

Но самое эффектное достижение последовало в 2003 году. Соаи провёл реакцию, начав с полностью рацемической смеси — обе формы присутствовали в абсолютно равных количествах, без какого-либо перевеса. И всё же система «выбрала» одну из форм и полностью отвергла другую. Это был первый экспериментальный пример абсолютного асимметрического синтеза — спонтанного возникновения хиральности «из ничего».

Механизм реакции Соаи связан с агрегацией алкоксидов цинка. Исследования методом рентгеноструктурного анализа показали, что хиральность усиливается за счёт образования олигомерных структур, в которых «правильные» молекулы взаимодействуют друг с другом предпочтительнее, чем с «неправильными».

Работы Кагана и Соаи имеют прямое отношение к одной из самых интригующих загадок науки: как возникла гомохиральность жизни? Реакция Соаи показала, что для этого не нужен внешний «конструктор». Достаточно ничтожной случайной флуктуации, чтобы механизм автокатализа усилил её до почти абсолютной чистоты.

Более того, исследователи обнаружили, что роль «затравки» для реакции Соаи могут играть самые разные хиральные источники: кристаллы кварца, киновари, хлората натрия, а также органические кристаллы из ахиральных молекул — цитозина, аденина, глицина. Даже изотопный состав водорода, углерода, азота и кислорода может служить хиральным триггером. Это означает, что первые хиральные молекулы на древней Земле могли получить «толчок» от самых разных природных источников, а затем автокаталитически размножиться.

Помимо фундаментального научного значения, открытия лауреатов имеют огромную практическую ценность. Фармацевтическая промышленность давно нуждается в методах получения лекарств строго одной хиральной формы. Традиционный подход — синтез смеси с последующим разделением — означает, что половина продукта уходит в отходы.

Нелинейные эффекты Кагана показали, как можно использовать катализаторы с умеренной чистотой для получения высокочистых продуктов. Реакция Соаи продемонстрировала, что автокаталитическое усиление позволяет наращивать хиральную чистоту в ходе самого синтеза. Эти принципы легли в основу современных методов асимметрического катализа, которые используются при производстве антибиотиков, противовирусных препаратов и других лекарств.

Нобелевская премия по химии 2026 года отмечает работы, которые соединили теоретическую элегантность с экспериментальной виртуозностью. Анри Каган обнаружил, что хиральные молекулы катализатора взаимодействуют друг с другом сложнее, чем предполагалось, и это открытие дало химикам механизм усиления асимметрии. Кэнсо Соаи создал реакцию, в которой молекула воспроизводит саму себя, выбирая одну хиральную форму и безвозвратно отвергая другую.

Вместе эти открытия объяснили, как из хаоса равновесной смеси может возникнуть порядок абсолютной чистоты. Это не только решило вековую загадку происхождения химической асимметрии жизни, но и дало человечеству инструменты для создания более безопасных и эффективных лекарств. Реакция Соаи, впервые осуществлённая в лаборатории более тридцати лет назад, остаётся единственным экспериментальным примером автокаталитического усиления хиральности — и, возможно, ключом к пониманию того, как четыре миллиарда лет назад на Земле зародилась жизнь.

Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru

Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru