Продолжаем следить за Нобелевской неделей 2026. Вчера, 7 октября, стали известны лауреаты премии по химии: ими стали Анри Каган и Кэнсо Соаи — «за открытие нелинейных эффектов и автокатализа в асимметрическом органическом синтезе». Что стоит за этими терминами и почему они важны? О хиральности, нелинейном эффекте Кагана, автокатализе Соаи и связи их открытий с загадкой гомохиральности жизни рассказывает профессор кафедры органической и биоорганической химии СГУ Вячеслав Сергеевич Гринёв.

— Что такое «левые» и «правые» молекулы? Почему их называют хиральными или зеркальными?

— Строго говоря, это «левовращающие» и «правовращающие» молекулы: они вращают плоскость поляризованного света в разные стороны. Подобные молекулы похожи друг на друга, как правая и левая рука: состоят из одинаковых частей, но их невозможно совместить простым поворотом — только отражением в зеркале. Такие формы называют энантиомерами, а само свойство — хиральностью (от греч. chira — ладонь). Для организма различие существенно: его ферменты тоже имеют определённую форму и по-разному распознают два энантиомера. Поэтому поиск методов синтеза с преобладанием одного из них — до сих пор актуальная задача. Такие подходы и называют асимметрическими.

— В чём главное открытие Кагана? Почему не очень чистый катализатор может дать очень чистый продукт?

— Здесь под «чистым» катализатором подразумевается «зеркально-чистый». В 1986 году Каган показал, что соотношение зеркальных форм катализатора не обязательно прямо определяет соотношение форм продукта. Например, катализатор с составом 75:25 может дать продукт с составом около 90:10 — преимущество одного стереоизомера усиливается. Это и есть положительный нелинейный эффект: нет пропорциональной зависимости. Однако он возникает далеко не во всех реакциях.

— Что сделал Соаи и почему это стало прорывом?

— Соаи обнаружил реакцию, в которой продукт помогает получать новые молекулы самого себя: это называется автокатализом. Вне «зеркальной» химии это явление в целом известно хорошо. В экспериментах Соаи едва заметное преимущество одной зеркальной формы могло усиливаться до почти полного её преобладания. Ключевую работу опубликовали в 1995 году. Прорыв состоял не в автокатализе как таковом, а в экспериментальном доказательстве того, что данный эффект вместе с нелинейным усилением способен превратить крошечную асимметрию в огромную.

— Как лауреаты ставили эксперименты и что увидели необычного?

— Каган и коллеги систематически меняли соотношение зеркальных форм хирального компонента катализатора и изучали энантиомерный состав продукта. Вместо ожидаемой прямой зависимости получили нелинейную: продукт мог оказаться значительно более обогащён одной формой.

Соаи изучал реакцию, в которой продукт сам ускорял своё образование. Необычным было то, что по мере реакции исходное преобладание одной формы не размывалось, как это чаще бывает, а усиливалось. Это опровергало тезис «сколько асимметрии внесли, столько и получили», но не противоречило классическому правилу «хиральность порождает хиральность», хотя сегодня и оно уже не считается абсолютным.

— Почему одна зеркальная форма лекарства может лечить, а другая — не работать или вредить?

— Молекулярная мишень лекарства имеет определённую пространственную форму — как перчатка, предназначенная для конкретной руки. Поэтому два энантиомера могут отличаться по действию и безопасности; однако правило «один полезен, другой вреден» не универсально. Иногда бывает, что второй стереоизомер неактивен или малоактивен, и по сути является просто бесполезным балластом. В таком случае проще скорректировать (удвоить) дозировку. Самый же печально известный пример — талидомид, один из изомеров которого обладал седативным действием, а второй необратимо нарушал развитие эмбриона. При этом в организме человека зеркальные формы талидомида способны превращаться друг в друга, поэтому даже 100% чистый «безопасный» изомер не решал бы проблему. Однако этот важный «урок» был усвоен, и теперь при рассмотрении новых молекул в качестве лекарств требуется выделение и характеристика всех стереоизомеров, либо исчерпывающие доказательства того, что в ходе синтеза образуется только один стереоизомер (либо от других субстанцию удаётся очистить уже после синтеза). Это в том числе причина увеличения сроков и стоимости (затрат фармкомпании) разработки и внедрения в практику новых молекул — будущих лекарств.

— Как открытия помогают понять, почему в живой природе используются «левые» аминокислоты и «правые» сахара?

— Открытия показывают возможный химический механизм: небольшое первоначальное преобладание одной формы может усилиться и закрепиться без участия живых организмов. Но это ещё не доказательство того, что именно так происходило на ранней Земле: реакция Соаи — модель, а не реконструкция происхождения жизни, а скорее доказательство этой концепции. Корректнее говорить, что белки построены преимущественно из L-аминокислот, а сахара нуклеиновых кислот, глюкоза и другие относятся к D-ряду; утверждение «в природе встречается только одна форма» слишком категорично.

— Куда движется область и какие загадки в ней остаются?

— Главная фундаментальная задача — найти системы усиления асимметрии, которые могли работать в воде и в условиях ранней Земли, и связать их с образованием биологических молекул. Остаётся открытым вопрос, почему природа закрепила именно нынешний набор зеркальных форм, а не противоположный или какую-то другую комбинацию. Практическая же задача — научиться предсказуемо использовать нелинейные эффекты при разработке стереоселективных реакций, в том числе для производства лекарственных веществ.

— Насколько распространены такие исследования в России и как премия может повлиять на них?

— В России есть специализирующиеся на асимметрическом синтезе коллективы: например, в Институте элементоорганических соединений Российской академии наук работает лаборатория асимметрического катализа под руководством Виктора Малеева; исследования асимметрического катализа представлены и на кафедре органической химии МГУ. Это существующее направление, а не новая тема.

На мой взгляд, вручение Нобелевской премии в 2026 году по химии именно за такую интересную и сложную область, но всё же химию, может привлечь студентов и внимание к фундаментальной стереохимии — основе разработки современных высокоэффективных лекарственных средств. Но устойчивое развитие данного направления потребует не только интереса, но и поддержки лабораторий институтов и кафедр университетов в виде долгосрочных проектов, ведь исследования, касающиеся асимметрического синтеза, гораздо более затратные.