Александр Спирин
В начале 2000-х годов один из нынешних лауреатов, Омар М. Ягхи, показал, что можно создавать целые семейства материалов MOF за счет варьирования молекулярных связей. В результате было получено 16 вариантов MOF-5 с полостями разных размеров. Иллюстрация с сайта www.nobelprize.org
Нобелевскую премию по химии присудили в 2025 году трем ученым самого разного происхождения и работающим на весьма большом удалении друг от друга. Японец Сусуми Китагава, родившийся в 1951 году, всю жизнь верен своему Киотскому университету, где занимается созданием металлоорганических «рамок» – frameworks-каркасов (MOF).
Ричард Робсон родился намного раньше (в 1937 году) в Оксфорде, но потом перебрался в Австралию, в Мельбурн, являясь сотрудником тамошнего университета.
Самый молодой из лауреатов 2025 года Омар М. Ягхи родился 60 лет назад в иорданской столице Аммане. Его родители – палестинцы. В 15-летнем возрасте он вместе с родителями перебрался за океан, где сначала работал в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса, а в 2012 году переехал в Сан-Франциско, став сотрудником университета в Беркли.
Премию все трое получили за разработку так называемой сетевой, или ретикулярной, химии. В связи с названием можно вспомнить ретикулярную формацию ствола мозга (сложная сеть взаимосвязанных нейронов, проходящая от спинного мозга до таламуса, которая играет ключевую роль в регуляции сознания, сна и бодрствования, внимания, а также двигательных и вегетативных функций). А кроме того, можно припомнить древнеримских ретиариев, сражавшихся с помощью трезубца и набрасываемой на противника сети, – хоть и далекая, но все же наглядная аналогия.
Робсон начал работу над созданием таких структур в 1989 году. Но созданные тогда материалы обладали низкой стабильностью. Китагава и Ягхи в 1990–2003 годах показали, что газы могут свободно проходить через MOF, и предсказали их гибкость. В частности, Ягхи разработал очень стабильный и легко модифицируемый MOF. Благодаря их открытиям появились тысячи эффективных MOF с потенциалом решения экологических и технических проблем, таких как очистка воды от загрязнений и использование в производстве лекарств.
Премия разделена между тремя лауреатами, в конце концов – 11 млн шведских крон. Официальная формулировка Нобелевского комитета, отметившего трех ученых, – «за разработку металлоорганических каркасов». Эти уникальные молекулярные конструкции содержат пористые материалы, которые позволяют пропускать газы и другие химические вещества. MOF можно использовать для сбора воды (водяного пара) из воздуха, улавливания углекислого газа, хранения опасных газов и переработки парниковых газов.
В качестве одного из металлов для MOF используется хром, образующий связи-лиганды (linkers) с органическими соединениями. Исходником лигандов служит хорошо известная терефталевая кислота, без которой не обходится производство полиэтилена. Ее особенность: она дикарбоновая, то есть имеет две кислотные группы на каждом из концов. Поэтому ее называют еще бензолдикарбоновая.
Синтез MOF с их довольно прочными «каркасами»-frames вполне успешно осуществляется при температуре чуть выше 200 градусов Цельсия и в присутствии фтороводородной кислоты, известной со школьных времен как плавиковая (HF). В качестве металлов используются также железо и рутений, выступающий как стабилизатор.
MOF интересны своими меняющими внутренний размер порами, диаметр которых не превышает 34 ангстрем (3,4 нанометра, 3,4 х 10–9 м). Поэтому их активно используют для очистки различных сред. Например, от печально знаменитых PFAS – веществ-субстанций с содержанием фторактивных алкилов, токсичных для клеток печени и щитовидной железы, а также иммунной системы.
Помимо этого, MOF находят самое широкое использование в газохранилищах и различных системах адсорбции-поглощения и разделения-сепарации различных веществ и ионов. Они необходимы для доставки лекарств и многого другого. Их широкое использование обещает жизнь в более чистой и безопасной среде.
Присуждаемая Нобелевским комитетом премия по химии иногда может оказаться на стыке с биологией или даже казаться сугубо биологической, как это было, например, в 2020 году, когда лауреатами стали разработчики «генетических ножниц» CRISPR/Cas Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна. Последующие премии могут быть ближе к классической химии. Нобелевскую премию по химии 2024 года получил Дэвид Бейкер из Медицинского института Говарда Хьюза – за компьютерный дизайн белков, а также сотрудники компании Google DeepMind Демис Хассабис и Джон Джампер – за предсказание структуры белка. В 2023 году наградой были отмечены Мунги Бавенди, Луис Брус и Алексей Екимов – за открытие и синтез квантовых точек. В 2022 году список лауреатов пополнили Каролин Бертоцци, Мортен Мельдаль и Барри Шарплесс (получил вторую Нобелевскую премию по химии) – за развитие методов клик-химии и биоортогональной химии. n
