Анри Б. Каган и Кенсо Соаи добитници на Нобел за хемија: Открија како настанува хомохиралноста

Нобеловата награда за хемија за 2026 година им е доделена на Анри Б. Каган и Кенсо Соаи „за откривањето на нелинеарните ефекти и автокатализата во асиметричната органска синтеза“.

Благодарение на откритијата признаени со Нобеловата награда за хемија за 2026 година, хемичарите добија нови, фундаментални алатки за својата секојдневна работа, но пред сè, овие откритија придонесоа кон решавање на една од најголемите мистерии во хемијата: како настанува хомохиралноста – каква што среќаваме кај сите живи суштества.

 

Добитниците на Нобеловата награда, Анри Б. Каган и Кенсо Соаи, ја решија мистеријата за асиметријата во хемијата.

 

Животот е она што хемичарите го нарекуваат хомохирален – термин изведен од грчките зборови за „ист“ и „рака“. Како и рацете, сите аминокиселини постојат во две варијанти што се огледални слики една на друга, но само една од нив се наоѓа во протеините во вашите клетки. Другата ретко се среќава во природата. Ова важи и за молекулите на шеќер кои се дел од нашата ДНК; постојат две различни огледални слики на овие молекули, но животот користи само една. Хемичарите долго време се прашуваа како може да настане хомохиралноста.

Каган и Соаи ја добија Нобеловата награда за хемија за 2026 година бидејќи го решија овој проблем. Каган откри нов начин на управување со хемиските реакции, овозможувајќи создавање поголем вишок од едната огледна слика отколку што претходно се сметаше за можно. Неговото откритие беше револуционерно за хемичарите кои развиваат реакции за производство на фармацевтски производи, ароми, мириси и нови материјали. Соаи ја осмисли првата хемиска реакција во која се формираше само една од можните огледни слики. Освен самиот живот, никој претходно не го постигнал овој подвиг. Реакцијата на Соаи е еден од најспектакуларните хемиски експерименти некогаш спроведени.

Реакцијата на Соаи – развиена од лауреатот за 2026 година, Кенсо Соаи – поттикна нов ентузијазам кај хемичарите кои сакаат да го разберат потеклото на животот. Истражувачите ширум светот сега се обидуваат да го повторат достигнувањето на Соаи, но со цел да добијат хомохирални аминокиселини и шеќери.

Нелинеарните ефекти, откриени од лауреатот за хемија Анри Б. Каган, станаа важна алатка за хемичарите при дизајнирањето нови реакции. Фактот дека некоја реакција е нелинеарна им дава на хемичарите информации за начинот на кој таа се одвива. Овие информации можат да се искористат за оптимизирање на реакцијата, со цел да се добијат што е можно почисти енантиомери на производот. Ова е од клучно значење за секоја компанија што произведува супстанции наменети за интеракција со живи суштества, како што се фармацевтски производи, ароми, мириси и земјоделски хемикалии. Во одредени случаи, тоа е важно и при производството на нови материјали.

Реакцијата на Соаи – развиена од Кенсо Соаи, добитник на Нобеловата награда за хемија за 2026 година – се смета за еден од најелегантните хемиски експерименти некогаш спроведени.

Во раните 1990-ти години биле познати неколку примери за автокаталитички реакции, но ниту една од нив не била асиметрична. Преку експериментирање со многу различни молекули, Соаи успеал да пронајде хирална супстанца – 5-пиримидил алканол – која можела самата да се создава. Во публикација од 1995 година, тој го опишува овој револуционерен експеримент. Тој започнал со вишок од два проценти од еден енантиомер на 5-пиримидил алканол, а завршил со вишок од 87 проценти.

Во текот на наредните осум години, Соаи продолжил да трага по врвниот автокаталитички процес. Во 2003 година, конечно успеал да претстави хемиска реакција што создавала вишок од еден енантиомер, кој потоа создавал свои копии. Ова било првпат некој успешно да создаде хиралност од нехирална комбинација на молекули уште од почетокот на животот.

Овогодишниот добитник на наградата за хемија, Анри Б. Каган, размислуваше надвор од вообичаените рамки и откри нов феномен.

Каган, кој работеше на Универзитетот Париз-Југ (Université Paris-Sud), беше еден од хемичарите што работеа на усовршување на асиметричните реакции во раните 1980-ти години. Целта беше да се добијат енантиомери со што е можно поголема чистота, на пример, за потребите на фармацевтското производство. Важноста на оваа цел беше потврдена со скандалот со талидомидот во раните 1960-ти години, кога илјадници деца се соочија со вродени деформитети предизвикани од седативот талидомид. Кога истражувачите ги анализираа случувањата, сфатија дека штетата ја предизвикала огледалната слика на активната супстанција.

За да ги поттикнат асиметричните реакции, истражувачите често користеа катализатори составени од две компоненти: метален атом што дејствувал како „мотор“ на реакцијата и хирална супстанција што обезбедувала асиметричност на реакцијата.

Бидејќи целта на истражувачите беше да добијат чисти енантиомери во крајниот производ, тие вообичаено користеа катализатор што содржел енантиомер со што е можно поголема чистота. Сепак, тие претпоставуваа дека ако во катализаторот комбинираат два огледални енантиомера, производот ќе содржи еквивалентни пропорции од нив. Со други зборови, тие веруваа дека хиралноста на катализаторот се пренесува на хиралноста на производот и дека меѓу нив постои линеарна зависност.

Каган почна да ја доведува во прашање оваа претпоставка. Како вешт хемичар, тој одвои време подетално да размисли за самиот катализатор. Всушност, никој не знаеше како тој функционира – за време на хемиската реакција, металниот атом и хиралната молекула очигледно стапуваа во интеракција, но прашањето беше како се одвиваше тој процес.
Металните атоми вообичаено стапуваат во интеракција со повеќе молекули истовремено. Затоа, Каган претпостави дека металот во катализаторот привлекува најмалку две од хиралните молекули за време на хемиската реакција. Доколку потоа се комбинираа десниот и левиот енантиомер, ќе се формираа три вида катализатори, прикажани на сликата: десен-десен, лев-десен и лев-лев.

Катализаторите од типот десен-десен и лев-лев би создале производи што се меѓусебни огледални слики – но како би реагирал катализаторот од типот лев-десен? Ова размислување го доведе Каган до еден неочекуван елемент, бидејќи катализаторот од типот „лево-десно“ се однесуваше поинаку од другите два. Кога ја испитуваше хемиската реакција користејќи различни комбинации на енантиомери во катализаторот, односот кон пропорциите во производот не беше линеарен, како што претпоставуваа другите хемичари. Напротив, графиконот што Каган го доби при прикажувањето на резултатите беше крива линија.

Причината за тоа беше што катализаторот „лево-десно“ ја поттикнуваше хемиската реакција многу побавно отколку катализаторите од типот „десно-десно“ или „лево-лево“.

Во пракса, тоа значеше дека тој открил метод за зголемување на создавањето на еден од енантиомерите во производот. Во 1986 година, тој опиша дури три различни асиметрични реакции кои покажуваа појави што хемичарите ги нарекуваат нелинеарни ефекти. Ова претставуваше историски пробив и многу хемичари почнаа да го истражуваат овој нов феномен.