По порядку:
- Строить молекулы… Это как?
- Как работают катализаторы?
- Если уже есть катализаторы, зачем нужен какой-то органокатализ?
- И в чем уникальность органокатализа?
- Почему разработка Листа и Макмиллана достойна Нобелевской премии?
Строить молекулы… Это как?
Синтез органических веществ — сложный процесс. Количество целевого продукта и его чистота зависят от множества условий: соотношения реагентов, температуры на каждом этапе синтеза, давления и прочего. Главная проблема — часто у органического вещества есть оптический изомер. Они представляют собой «зеркальные отражения» друг друга, как правая и левая ладони. Обычно полученная простым синтезом смесь продуктов содержит оба изомера (само вещество и его «близнец»), но в большинстве случаев нам нужен только один из них. Для «отсеивания» лишней формы в производстве органических веществ используют катализаторы.
Как работают катализаторы?
Катализатор — это вещество, которое ускоряет и направляет реакции синтеза, но при этом само в них не участвует. Комплекс физических, геометрических и химических свойств катализатора делает его стереоспецифичным: используя это вещество, мы на выходе получим почти чистую смесь лишь одного «зеркального двойника».
Если уже есть катализаторы, зачем нужен какой-то органокатализ?
Долгое время ученые считали, что катализаторами могут быть только металлы и ферменты (их используют живые организмы). Металлы почти не применяются для стереоселективного (асимметричного) синтеза, а ферменты очень «капризны»: они привыкли жить в клетке и их сложно воспроизводить в нужном количестве. К тому же не все используемые человеком органические вещества существуют в природе — не для всех из них эволюция «разработала» ферменты.
И в чем уникальность органокатализа?
Ферменты — очень крупные молекулы, а стереоспецифичные еще и асимметричны. Однако в момент реакции с субстратом взаимодействует только малая часть катализатора — активный центр. Именно этот факт сподвиг Листа на эксперименты с L-пролином (активный центр альдолазы), а Макмиллана — с циклическим вторичным амином. Так исследователи независимо друг от друга в 2000-х годах доказали, что для стереоселективного синтеза можно использовать органическую молекулу с той же конфигурацией, которую мы хотим получить. Это и получило название «органокатализа».
Почему разработка Листа и Макмиллана достойна Нобелевской премии?
Во-первых, теоретическая ценность: ученым далеко не всегда удается объяснить феномен, открытый во время эксперимента. Кстати, понятием «органокатализ» Макмиллан подчеркнул, что не так важно, какой именно катализатор он открыл, главное — сам принцип процесса. Во-вторых, за 20 лет с момента выхода статей Листа и Макмиллана органокатализ в производство внедрили многие фармкомпании. Благодаря этому им удалось удешевить процесс и даже разработать новые лекарственные средства, например, против вирусного гепатита, гипертонии и депрессии.
