В 2026 году Нобелевская премия по химии присуждена французскому ученому Анри Б. Кагану и японскому химику Кэндзо Соаи «за открытие нелинейных эффектов и автокатализа в асимметричном органическом синтезе». Исследователи Казанского федерального университета рассказал, что такое энантиомеры, почему контроль их состава критически важен для лекарств и как работы нобелиатов этого года помогают решать одну из фундаментальных загадок возникновения биологической гомохиральности на Земле.

Директор Химического института имени А.М. Бутлерова Марат Зиганшин начал с базового понятия, объяснив, что такое энантиомеры.

«Существуют молекулы, которые являются зеркальными отражениями друг друга, они называются энантиомерами. Когда химики синтезируют такую молекулу, в которой есть хиральный (оптический) центр, то, как правило, в продуктах присутствуют оба энантиомера в той или иной пропорции», – сообщил директор.

Необходимо знать, что если синтезировали оптически активную молекулу лекарства, то из смеси необходимо выделить определенный энантиомер, потому что другой либо не обладает биологической активностью, либо является токсичным веществом.

«Например, R-энантиомер бронхолитика сальбутамола проявляет биологическую активность, а его S-энантиомер активностью не обладает. Есть еще очень известный и весьма трагический пример: препарат талидомид. Производитель продавал смесь энантиомеров, один оказывал успокаивающее (седативное) действие, а другой встраивался в ДНК эмбриона и вызывал тяжелые врожденные пороки, оказался тератогеном. Поэтому контролировать энантиомерный состав лекарств и выделять необходимый энантиомер является важной задачей», – подчеркнул М. Зиганшин.

До работ Анри Б. Кагана и Кэндзо Соаи считалось, что получать оптически чистые соединения можно только с использованием биологических систем, например, в результате ферментативного катализа.

«Каган предположил, что химическим путем можно получить нужный энантиомер, если использовать хиральные катализаторы – соединения, которые многократно ускорят реакцию образования одного из энантиомеров. Изучая такие реакции, он обнаружил, что необязательно создавать очень дорогой оптически чистый катализатор. Можно использовать хиральный катализатор, содержащий нужный энантиомер в большем количестве. Он проявляет нелинейный эффект, значительно увеличивая образование нужного продукта. Кэндзо Соаи развил идею Кагана, предложив в качестве катализатора использовать продукт реакции. Такие реакции называются автокаталитическими. Основная идея в том, что в реакцию вводятся нехиральные соединения, и первый образовавшийся энантиомер становится катализатором для воспроизводства таких же молекул», – пояснил ученый.

Доцент кафедры органической и медицинской химии Химического института имени А.М. Бутлерова КФУ Альмира Курбангалиева подробнее остановилась на фундаментальном значении этих открытий.

«В отличие от неживых систем, все живые организмы состоят из молекул органических соединений, которые могут существовать в двух пространственных формах. Эти формы относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному отображению и называются энантиомерами или оптическими (зеркальными) изомерами. Оптические изомеры не совпадают со своим зеркальным отражением подобно тому, как кисти правой и левой рук не совмещаются в пространстве. Это свойство называется хиральностью», – рассказала она.

Хорошо известно, что белки наших живых клеток построены только из L-стереоизомеров альфа-аминокислот, а в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) входят исключительно молекулы D-изомера сахара.

«В этом заключается одно из важнейших свойств живых систем – гомохиральность, или хиральная чистота. Происхождение гомохиральности давно будоражит умы ученых, но до сих пор остается одной из фундаментальных загадок возникновения жизни на Земле», – акцентировала доцент.

Кенсо Соаи впервые описал пример эффективного спонтанного возникновения хиральности.

«Он обнаружил реакцию между диизопропилцинком и пиримидин-5-карбальдегидом, в ходе которой наблюдалось преобладание одного из оптических изомеров образующегося хирального продукта (спирта). В данной реакции с использованием ахирального субстрата и реагента без введения каких-либо хиральных добавок впервые было выявлено спонтанное возникновение хиральности. Интересно, что при использовании в качестве катализатора обогащенного одним энантиомером продукта реакции собственная хиральность катализатора многократно увеличивалась. Такое явление до работ Соаи не наблюдалось и было названо автоамплификацией хиральности», – отметила А. Курбангалиева.

Реакция Соаи признана одним из самых впечатляющих химических экспериментов в истории. В последние три десятилетия учеными проводится активный поиск различных субстратов и других химических реакций, в которых бы наблюдалась автоамплификация хиральности, исследуются механизмы соответствующих процессов.

«В этом научном направлении сотрудники лаборатории биофункциональной химии Химического института КФУ работали над проектом, поддержанным Российским научным фондом, под руководством ведущего научного сотрудника Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН Ильи Дмитриевича Гриднева», – добавила она.

Открытия Анри Б. Кагана и Кендзо Соаи имеют огромное значение, так как позволяют построить возможную модель возникновения биологической гомохиральности на Земле.

«Результаты исследований крайне важны для разработки стереоизомерно чистых лекарственных препаратов, поскольку оптические изомеры часто обладают различной фармакологической активностью», – заключила исследователь.

При частичной или полной перепечатке материала, а также цитировании необходимо ссылаться на пресс-службу КФУ.

Присоединяйтесь к каналу КФУ в MAX.