Нобелевскую премию по химии дали за молекулярные конструкции: что это значит

Лауреаты Нобелевской премии по химии 2025 года создали молекулярные конструкции с большими пространствами, через которые могут проходить газы и другие химические вещества. Эти конструкции, металлоорганические каркасы, могут использоваться для сбора воды из воздуха пустыни, улавливания углекислого газа, хранения токсичных газов или катализа химических реакций, поясняется на сайте Нобелевской премии.

Сусуму Китагава, Ричард Робсон и Омар Яги удостоены Нобелевской премии по химии за 2025 год. Они разработали новую форму молекулярной архитектуры. В их конструкциях ионы металлов служат краеугольными камнями, которые связаны длинными органическими молекулами (на основе углерода). Объединяясь, ионы и молекулы металлов образуют кристаллы с большими полостями. Эти пористые материалы называются металлоорганическими каркасами (MOF). Варьируя составные элементы, используемые в MOF, химики могут создавать их таким образом, чтобы они улавливали и хранили определенные вещества. МОФ также могут управлять химическими реакциями или проводить электричество.

“Металлоорганические каркасы обладают огромным потенциалом, открывая ранее непредвиденные возможности для создания материалов с новыми функциями на заказ”, - говорит Хайнер Линке, председатель Нобелевского комитета по химии.

Все началось в 1989 году, когда Ричард Робсон попробовал по-новому использовать свойства, присущие атомам. Он соединил положительно заряженные ионы меди с четырехцепочечной молекулой; у нее была химическая группа, которая притягивалась к ионам меди на концах каждого "плеча". Когда их соединили, они образовали упорядоченный, просторный кристалл. Он был похож на бриллиант, наполненный бесчисленными полостями.

Робсон сразу же осознал потенциал своей молекулярной конструкции, но она была неустойчивой и легко разрушалась. Однако Сусуму Китагава и Омар Яги заложили прочную основу для этого метода построения; в период с 1992-го по 2003 год они, каждый по отдельности, сделали ряд революционных открытий. Китагава показал, что газы могут втекать в конструкции и выходить из них, и предсказал, что MOF можно сделать гибкими. Яги создал очень стабильный MOF и показал, что его можно модифицировать, используя рациональный дизайн, придавая ему новые желаемые свойства.

Следуя новаторским открытиям лауреатов, химики создали десятки тысяч различных MOF. Некоторые из них могут способствовать решению самых серьезных проблем человечества, в том числе в области выделения ПФАС из воды, уничтожения следов фармацевтических препаратов в окружающей среде, улавливания углекислого газа или сбора воды из воздуха пустыни.

В ожидании оглашения решения Королевской Шведской академии наук многочисленные эксперты, как это традиционно водится, пытались спрогнозировать, кто же может стать в этом году лауреатом химического «Нобеля».

Например, издание Chemistry Views в преддверии оглашения имен лауреатов выступило со своим прогнозом. Проведенное среди читателей голосование “Кто следующий?” склонилось в пользу кандидата-мужчины из Северной и Южной Америки в области биохимии.

Фаворитом оказался Герберт В. Роески, немецкий химик-неорганик, известный своими новаторскими работами по фторидам как переходных, так и р-образных металлов. Второе место по-прежнему за Чи-Хьюи Вонгом, тайваньско-американским биохимиком, который впервые разработал методы синтеза сложных углеводов и гликопротеинов, что облегчило их применение в терапевтических целях.

Далее в качестве заслуживающих «Нобеля» ученых упоминаются: Омар К. Фарха (США) за разработку и применение металлоорганических каркасов и пористых материалов; сэр Тимоти Джон Бернерс-Ли (Великобритания), ученый-компьютерщик, наиболее известный как изобретатель Всемирной паутины, HTML, системы URL и HTTP; Михаэль Гретцель (Швейцария), который изобрел солнечные элементы, чувствительные к красителям. Значился среди фаворитов и получивший в 2025 году премию Омар Яги (США), основатель ретикулярной химии.

Напомним, что в прошлом году Нобелевская премия по химии была присуждена трем ученым. Половина награды досталась Дэвиду Бейкеру "за вычислительный дизайн белка", а другая половина - совместно Демису Хассабису и Джону М. Джамперу "за предсказание структуры белка".

Нобелевская премия по химии предполагает вручение как золотой медали, так и денежной награды в размере 10 миллионов шведских крон (примерно около 1,1 млн американских долларов). В уставе Нобелевского фонда говорится, что сумма награды может быть разделена поровну между двумя работами, каждая из которых считается удостоенной премии: «Если награждаемая работа создана двумя или тремя людьми, премия присуждается им совместно. Ни в коем случае сумма приза не может быть разделена между более чем тремя людьми».

Самым первым в истории лауреатом премии по химии оказался голландец Якоб Хендрик Вант-Гофф. С тех пор, с 1901-го по 2024 год, Нобелевская награда по химии присуждалась 116 раз – и ее за этот период получили 197 лауреатов (но так как есть двое награжденных дважды, то уместнее говорить о том, что награду получили 195 человек). Примерно в половине (63 раза) случаев Нобелевскую премию по химии вручали одному-единственному лауреату, и примерно одинаковое количество раз награду присуждали двоим (25 раз) и троим (28 раз) ученым.

Первым дважды получил Нобелевскую награду по химии Фредерик Сангер – в 1958 и 1980 годах. В числе награжденных химиков имеются и другие «дважды нобелевцы». Так, американский химик и активист Линус Паулинг получил в 1954 году награду по химии, а через восемь лет – и премию мира, а Мари Кюри помимо «химического Нобеля» получила вдобавок и соответствующую награду по физике.

Средний возраст нобелевских лауреатов премии по химии, как и прежде, составляет 58 лет. Самым молодым награжденным, как и прежде, считается 35-летний Фредерик Жолио, получивший вместе со своей женой Ирен Жолио-Кюри премию в 1935 году. А самым пожилым лауреатом с 2019 года считается 97-летний американский ученый Джон Гуденаф.

Как и в случае с наградой по физике, премия по химии преимущественно является мужской наградой. Женщины среди удостоенных премии химиков представлены упомянутой выше Мари Кюри, ее дочерью Ирен Жолио-Кюри, Дороти Кроуфут Ходжкин, Ада Йонат и награжденной в 2018 году Фрэнсис Арнольд. А еще в 2020 году обладательницами «Нобеля» по химии оказались две женщины – французская исследовательница в области микробиологии, генетики и биохимии Эммануэль Шарпантье и американская ученая-биохимик Дженнифер Дудна – за развитие метода редактирования генома. Но несколько лет назад «женского полка» среди химиков-«нобелевцев» прибыло – награду получила Каролин Бертоцци.