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.