Нобелевскую премию по химии 2026 года получили французский химик Анри Б. Каган и японский исследователь Кэнсо Соаи. Шведская королевская академия наук отметила их «за открытие нелинейных эффектов и автокатализа в асимметрическом органическом синтезе». За сложной формулировкой скрывается один из самых необычных эффектов современной химии: крошечное преимущество одной зеркальной формы молекулы может само себя усиливать, пока она почти полностью не вытеснит другую.
Многие органические молекулы существуют в двух формах, которые относятся друг к другу примерно так же, как левая и правая руки. Они имеют одинаковый состав, но совместить их друг с другом невозможно. Такое свойство называется хиральностью, а две зеркальные версии молекулы — энантиомерами.
Для живых организмов разница между ними может быть огромной. Ферменты, рецепторы и другие биологические молекулы сами хиральны, поэтому две зеркальные версии одного вещества способны взаимодействовать с организмом по-разному. Именно поэтому химикам важно уметь получать преимущественно одну нужную форму — например, при производстве лекарств.
Каган обнаружил странное усиление асимметрии
В классическом представлении результат асимметрической реакции должен более-менее следовать за чистотой используемого катализатора. Если одна его зеркальная форма немного преобладает, похожее преимущество ожидается и среди продуктов реакции.
Однако в 1986 году Анри Каган и его коллеги показали, что эта зависимость может быть совсем не линейной. Иногда сравнительно небольшое преимущество одной формы катализатора приводит к гораздо более сильному преобладанию одной формы продукта. Эта работа была опубликована в Journal of the American Chemical Society. Позднее такие явления получили название нелинейных эффектов в асимметрическом синтезе.
Причина заключается в том, что молекулы катализатора могут объединяться между собой. Комбинации из одинаковых и разных зеркальных форм отличаются по активности, поэтому исходный небольшой дисбаланс способен значительно усиливаться в ходе реакции.
Эти эффекты оказались не только полезным инструментом для синтетической химии. По тому, насколько сильно меняется соотношение продуктов, исследователи могут судить о том, как именно устроен и работает катализатор.
Соаи нашёл реакцию, которая делает сама себя
Ещё эффектнее оказалась работа Кэнсо Соаи. В 1995 году его группа описала в Nature необычную асимметрическую автокаталитическую реакцию.
В ней образовавшаяся хиральная молекула сама становится катализатором для производства новых молекул той же формы. Чем больше определённого энантиомера возникает, тем эффективнее система производит его дальше. Получается своеобразная химическая положительная обратная связь.
Позже возможности так называемой реакции Соаи оказались поразительными. В экспериментах чрезвычайно маленький первоначальный избыток одной зеркальной формы — около 0,00005% — удавалось после нескольких циклов усилить до более чем 99,5%. Подробный обзор реакции Соаи.
Иными словами, система способна превратить практически незаметный молекулярный перевес в почти полную победу одной из двух зеркальных форм.
Причём здесь происхождение жизни
Именно здесь исследования Кагана и Соаи сходятся в одной из самых интригующих проблем химии.
Молекулы неживой природы в принципе могут существовать в обеих зеркальных формах. Но жизнь на Земле почему-то сделала почти однозначный выбор: например, белки строятся преимущественно из L-аминокислот, а сахара в ДНК и РНК имеют противоположную определённую ориентацию.
Почему ранняя химия Земли выбрала одну сторону, остаётся открытым вопросом.
Реакция Соаи показывает возможный механизм: первоначальная асимметрия могла быть чрезвычайно малой и даже возникнуть случайно, однако автокатализ и нелинейные эффекты способны быстро её увеличить. Исследователи показывали, что направление реакции могут задавать самые слабые хиральные воздействия — от кристаллов до циркулярно поляризованного света. Обзор роли реакции Соаи в проблеме происхождения хиральности.
Это не означает, что именно реакция Соаи происходила на молодой Земле — её химические условия слишком специфичны. Но она экспериментально доказала главное: почти незаметное нарушение симметрии действительно может самостоятельно превратиться в почти абсолютное преобладание одной молекулярной «руки».
Каган ждал этой премии четверть века
У нынешней награды есть ещё одна примечательная история. Анри Каган считался одним из пионеров асимметрического катализа уже десятилетия назад.
Когда Нобелевскую премию по химии 2001 года присудили Уильяму Ноулзу, Рёдзи Ноёри и Барри Шарплессу за работы по каталитическому асимметрическому синтезу, отсутствие Кагана среди лауреатов вызвало настолько серьёзную реакцию во Франции, что ситуацию отдельно обсуждали учёные и власти страны.
Теперь, спустя 25 лет, Нобелевский комитет отметил другую фундаментальную часть его работ — открытие нелинейных эффектов, которые вместе с автокатализом Соаи показали, насколько мощно химические системы способны усиливать мельчайшую первоначальную асимметрию.
И по сути премию 2026 года дали за ответ на удивительно простой вопрос: как из почти идеального равновесия между «левым» и «правым» в химии может возникнуть практически односторонний мир.
