Нобелевская премия в области химии [обновление 2023]

С него все началось – Альфред Нобель

Учредителем премии за выдающиеся достижения был Альфред Нобель. Он был изобретателем, предпринимателем, ученым и бизнесменом. Также он писал стихи и пьесы. Крайне интересную и яркую жизнь этого шведского инженера невозможно описать в нескольких предложениях.

Будущий учредитель Нобелевской премии в 1862 году открыл завод по производству взрывчатого и крайне нестабильного нитроглицерина. Один из неконтролируемых взрывов на заводе привел к гибели его брата. После изобретения детонатора Альфред прославился как изобретатель, а также увеличил свое состояние как производитель взрывчатых веществ. Нобель наиболее известен изобретением динамита в 1867 году. Среди его изобретений также были капсюль, взрывчатый желатин и баллистит. Всего Нобелю принадлежало более 350 патентов в разных странах.

Его разнообразные интересы стали фундаментом и отражением учрежденной им премии, основу которой он заложил в 1895 году. Именно тогда он написал свое завещание, в котором отметил, что значительную часть своего большого состояния он выделяет на ее финансирование. Премия его имени присуждается за выдающиеся достижения, так как он сам внес немалый вклад в прогресс человечества.

Можно только догадываться, почему он решил завещать свои сбережения в пользу открытий и мира науки. Как человек, Альфред Нобель был крайне сдержан. Вероятно, он ни с кем не поделился своим решением в месяцы, предшествовавшие его смерти. Сейчас предполагается, что существенное влияние на него оказал случай 1888 года, который мог инициировать серию размышлений и который завершился записью в завещании в пользу Нобелевской премии. В 1888 году брат Альфреда Людвиг умер в Каннах во Франции. Газеты сообщили о смерти Людвига, но приняли его за Альфреда, используя заголовок «Умер торговец смертью».

Кто был первым лауреатом Нобелевской премии в области химии?

Лауреаты впервые получили свои Нобелевские премии в 1901 году, через четыре года после смерти Альфреда Нобеля. Нобелевская премия по химии досталась голландцу Якобу Вант-Гоффу. Он был основоположником современной физической химии. Нобелевский комитет обосновал выбор Вант-Гоффа словами: «в знак признания выдающихся заслуг, сделанных им в открытии законов химической динамики и осмотического давления в растворах». Этот голландский химик внес значительный вклад в развитие химии, и предложенные им теории используются до сих пор.

В 1874 г. он объяснил явление оптической активности, предположив, что химические связи между атомами углерода и их соседями направлены к вершинам правильного тетраэдра. Интересно, что он не получил Нобелевскую премию по химии за это новаторское предположение. В 22 года он опубликовал свои революционные идеи, которые привели химиков к восприятию молекул как объектов с определенной структурой и трехмерными формами.

Также он ввел современную концепцию химического сродства. Он показал сходство между поведением разбавленных растворов и газов. Якоб Вант-Гофф также работал над теорией электролитической диссоциации, представленной в 1889 году Сванте Аррениусом. В результате своих исследований Вант-Гофф предоставил физическое обоснование уравнения Аррениуса.

Мария Склодовская-Кюри

Среди лауреатов Нобелевской премии по химии была также Мария Склодовская-Кюри. Она дважды получала эту престижную награду. Второй раз она получила ее вместе с мужем, в области физики за исследования радиоактивности. Большое восхищение вызывают ее выдающиеся научные достижения и уважение, которое она завоевала в свое время, когда женщины не могли поступить в большинство университетов, и ей самой приходилось бороться за свое законное место в мире науки.

В 1911 году Мария Склодовская-Кюри получает Нобелевскую премию по химии, на этот раз индивидуально. Нобелевский комитет решил наградить ее за открытие двух радиоактивных элементов — радия и полония. После этого открытия Мария продолжила исследования их свойств. В 1910 году ей удалось выделить радий в чистом виде. Благодаря этому она с несомненностью доказала существование нового элемента. Проводя дальнейшие исследования, она также задокументировала свойства радиоактивных элементов и их соединений. Благодаря исследовательской работе польской лауреатки Нобелевской премии по химии радиоактивные соединения стали важным источником радиации как в научных экспериментах, так и в медицине, где они используются для лечения рака.

Лауреатка Нобелевской премии до конца жизни поддерживала связь с Польшей. В Радиевом институте в Париже, созданном по ее инициативе, работали польские стипендиаты. Она сама часто выступала с лекциями в Польше, а также публиковала множество работ, представляющих результаты своих опытов, в польских научных журналах. Мария Склодовская-Кюри — первая женщина, а также первая полька, получившая эту престижную награду, и надеемся, что не последняя.

Самые интересные открытия, отмеченные Нобелевской премией по химии за последние годы

При выборе лауреатов Нобелевской премии Нобелевский комитет руководствуется критерием, в соответствии с которым в первую очередь оцениваются новаторские для человечества открытия, расширяющие уровень современных знаний в данной области. Реже награда присуждается за конкретные изобретения. Но следует также помнить, что революционные теории часто влекут за собой множество патентов, которые меняют нашу повседневную жизнь.

В 2015 году лауреатами Нобелевской премии в области химии стали Томас Линдал, Пол Модрич и Азиз Санкар. Они получили награду за исследования механизмов репарации ДНК. Их исследование прояснило на молекулярном уровне, как клетки способны восстанавливать поврежденную ДНК и как они при этом хранят генетическую информацию. Таким образом, нобелевские лауреаты по химии внесли свой вклад в понимание механизмов, лежащих в основе развития рака. Отсюда следует, что он является результатом нарушений процессов репарации. Такие повреждения появляются в нашем организме постоянно. Они чаще всего вызваны такими факторами, как свободные радикалы или радиация. Исследования ученых заложили основу для понимания механизма эволюции живого мира. Их достижения используются при разработке современных методов лечения рака.

Американец Роджер Д. Корнберг из США получил Нобелевскую премию по химии в 2006 году за исследование молекулярного механизма транскрипции в эукариотических клетках. Его научная работа охватывает вопросы копирования генетического материала, хранящегося в ДНК клеток. Чтобы генетический материал заработал, необходимо «переписать» его с ДНК на РНК, а затем на белки. Нобелевский лауреат по химии показал, что это фундаментальный процесс для жизни всех клеток. Кроме того, он создал модель, объясняющую его работу. Эти исследования также способствуют развитию медицины. Они серьёзно облегчат работу по лечению многих заболеваний, а также генетических нарушений. Такие нарушения являются не только опасной почвой для развития рака, но и для болезней сердца и различных воспалений.

В 2011 году Нобелевская премия по химии была присуждена за открытие, уникальное в мире науки. Уроженец Израиля Даниэль Шехтман открыл так называемые квазикристаллы, химические структуры которых напоминают мозаику. Это событие очень новаторское, ведь раньше их существование в природе считалось невозможным. Квазикристаллы представляют собой особую форму твердых тел, в которой атомы образуют кажущуюся правильной, но не повторяющуюся структуру. В результате невозможно отличить их элементарные ячейки.  Шехтман открыл квазикристаллы в 1982 году. В то время научный мир очень скептически отнесся к этому открытию. В течение нескольких месяцев он безуспешно пытался убедить коллег в своих аргументах. В конце концов, его даже попросили покинуть исследовательскую группу. Только в 1987 году французские и японские ученые подтвердили открытие Шехтмана, которое он сделал пять лет назад.

Нобелевская премия по химии в 2023 году

2023 год принес нам хорошие новости из мира науки! Группа из трех ученых — Муни Г. Бавенди из Массачусетского технологического института, Луи Ю. Брус из Колумбийского университета и Алексей И. Екимов из компании Nanocrystals Technology Inc. была удостоена Нобелевской премии по химии. Премия присуждена за «открытие и синтез квантовых точек». Эти ученые внесли вклад в развитие квантовой механики благодаря работам над наночастицами с чрезвычайно большим потенциалом.

Квантовые точки — это наночастицы размером от нескольких до нескольких десятков нанометров, характеризующиеся особыми физическими и химическими свойствами. Они относятся к группе полупроводниковых нанокристаллов, а их размеры позволяют применять их в области нанотехнологий. Их основное действие основано на поглощении и испускании излучения.

Впервые квантовые точки были синтезированы в стеклянной матрице в 1981 году лауреатом этого года Алексеем Екимовым. Спустя два года такую же структуру получил в коллоидной суспензии другой лауреат — Луи Брус. Сегодня эти наночастицы можно получить с помощью множества различных химических реакций. Но одним из наиболее популярных и широко используемых сегодня методов синтеза является метод, запатентованный исследовательской группой под руководством Муни Г. Бавенди, который позволяет получать практически идеальные частицы.

Необычные оптические и электронные свойства этих наноструктур (например, высокий коэффициент экстинкции или нелинейные процессы, происходящие в них) открывают широкие возможности для их применения во многих областях науки и техники. Улучшенная фотостабильность квантовых точек позволяет эффективно применять их в медицинской диагностике. По сравнению с обычными контрастными веществами, красителями и другими индикаторами они демонстрируют более длительную и более высокую эффективность. Указанные свойства позволяют использовать эти наночастицы в комплексном лечении онкологических заболеваний. Ведутся также исследования антибактериального потенциала этих структур.

Квантовые точки применяются и для излучения света с экранов телевизоров высокой четкости, а также из светодиодных ламп. Находят они применение и в фотоэлектрических, а также многих других устройствах. По мнению ученых, за квантовыми точками — будущее развивающейся «гибкой электроники», малогабаритных датчиков и квантовой криптографии.

Нобелевская премия по химии в 2022 году

В 2022 году Шведская королевская академия наук приняла решение о присуждении Нобелевской премии по химии трем ученым. Кэролин Р. Бертоцци, Мортен Мелдал и К. Барри Шарплесс стали лауреатами упомянутой престижной премии в этом году. Это стало результатом их усилий по «разработке технологии «клик-химии» и биоортогональной химии».

Карл Барри Шарплесс и Мортен Мелдал внесли особый вклад в разработку функциональной формы «клик-химии» (click chemistry). Комитет подчеркнул уникальность этого метода, который позволяет более доступным способом проводить простые и быстрые реакции без получения побочных продуктов. При этом стоит подчеркнуть, что Карл Барри Шарплесс был удостоен Нобелевской премии во второй раз. Свою первую премию он получил в 2001 году за исследования, которые применяются для синтеза сердечных препаратов, так называемых бета-блокаторов.

Кэролин Рут Бертоцци мы обязаны введением в научный словарь термина «биоортогональная химия». Термин был впервые использован в 2003 году, и с тех пор данная область успешно развивается, углубляя наши познания о процессах, происходящих в живых клетках.

«Клик-химию» сравнивают с составлением конструктора LEGO. С помощью определенных фрагментов молекул их можно соединять между собой для образования соединений с высоким уровнем сложности и разнообразия. Комбинация относительно простых «химических конструкционных элементов» позволяет создавать почти бесконечное разнообразие молекул. С другой стороны, биоортогональная химия дает возможность отслеживать химические процессы, происходящие в живых клетках, не повреждая их. Благодаря этому стало возможно изучать заболевания внутри клеток или сложных организмов.

Какое влияние на повседневную жизнь оказывают исследования, проведенные нобелевскими лауреатами этого года? Довольно значительное! Механизмы, описанные исследователями, найдут применение прежде всего в фармацевтике и медицине, например, для повышения эффективности процессов производства лекарственных средств. В настоящее время они очень сложны, что делает их трудоемкими и дорогостоящими. В частности, технология «клик-химия» и биоортогональная химия улучшат таргетирование противораковых препаратов, а также расширят знания и достижения в области антибиотикотерапии, использовании гербицидов и диагностических тестов. Они также позволят продвинуться в синтезе так называемых «интеллектуальных материалов» благодаря возможности легкого соединения между собой отдельных элементов. Уже сейчас биоортагональная химия известна во всем мире и используется для отслеживания определенных биологических процессов, особенно в сфере борьбы с опухолями. Сочетание технологий, разработанных учеными, позволяет углубить наши знания о клетках и биологических процессах. Создание сложных молекул путем взаимного соединения элементов значительно ограничит или устранит образование побочных продуктов.

Нобелевская премия по химии в 2021 году

В 2021 году Нобелевский комитет принял решение, отличное от преобладающего предположения, что премия будет присуждена ученым, создавшим инновационные РНК-вакцины. В этом году Нобелевскую премию по химии получили Бенджамин Лист и Дэвид МакМиллан. Они получили награду за разработку асимметрического органического катализа. Некоторые люди называют его гениальным инструментом для создания химических молекул. Кроме того, разработанный ими метод способствовал дальнейшему развитию «Зеленой химии», целью которой является сохранение гармонии с окружающей природной средой.

Построение молекул — сложное искусство. Нобелевские лауреаты 2021 года создали точный инструмент для молекулярной структуры, то есть органокатализа. Многие области и отрасли исследований зависят от способности химиков создавать молекулы, которые могут образовывать гибкие и прочные материалы, накапливать энергию в батареях или препятствовать развитию болезней. Для этой работы необходимы катализаторы, т.е. вещества, контролирующие и ускоряющие химические реакции. В то же время они не являются частью конечного продукта. Поэтому катализаторы являются основными инструментами в распоряжении химиков. Однако ученые долгое время считали, что существует только два типа катализаторов: металлы и ферменты.

Бенджамин Лист и Дэвид МакМиллам получили Нобелевскую премию по химии в 2021 году за то, что в 2020 году они разработали третий тип катализа. Следует отметить, что оба ученых проводили свои исследования независимо друг от друга. В результате своей научной работы они создали асимметричный органокатализ. Идея основана на небольших органических молекулах. К ее достоинствам, несомненно, относится большая простота. Органические катализаторы имеют стабильный каркас из атомов углерода. К нему могут быть присоединены более активные химические группы. Эти группы часто содержат общие элементы, такие как кислород, азот, сера или фосфор. В конечном итоге такие катализаторы не только экологически безопасны, но и себестоимость их производства невысока.

Увеличение использования органических катализаторов в основном связано с их способностью управлять асимметричным катализом. Вообще говоря, при образовании молекулы часто возникают ситуации, когда могут образоваться две разные молекулы, являющиеся зеркальными отражениями друг друга. Особенно в фармацевтической промышленности химики хотят получить только одну из них, потому что часто одна из структур обладает терапевтическим эффектом, а другая высокотоксичная. Развитие асимметричного органического катализа внесет существенный вклад в решение этой проблемы.

Нобелевская премия по химии в 2020 году

В 2020 году эту престижную награду получили две женщины. Это Эммануэль Шарпантье и Дженнифер А. Дудна. Обе исследовательницы открыли один из самых острых инструментов генных технологий: «генетические ножницы» CRISPR/Cas9. Благодаря их инновационному открытию у ученых появился инструмент для изменения ДНК животных, растений и микроорганизмов с чрезвычайно высокой точностью. Эта технология произвела революцию в естественных науках, способствовала появлению новых противораковых методов лечения и помогает воплотить в жизнь мечты о лечении наследственных заболеваний. Если ученые хотят узнать что-то о внутреннем функционировании жизни, они должны модифицировать гены в клетках. До сих пор это была очень утомительная и трудоемкая работа. Иногда она даже оказывалась невыполнимой. С помощью «генетических ножниц» CRISPR/Cas9 изменить жизненный код можно за несколько недель.

Интересно, что открытие этих «генетических ножниц» было неожиданным. Эммануэль Шарпантье, проводя исследования одной из бактерий, наносящих наибольший ущерб человечеству, — Streptococcus pyogenes, обнаружила неизвестную ранее молекулу — tracrRNA, входящую в состав иммунной системы бактерий CRISPR/Cas, которая уничтожает вирусы, расщепляя их ДНК. Шарпантье опубликовала свое открытие в 2011 году, а через несколько месяцев начала сотрудничество с Дженнифер Дудна, опытным биохимиком с обширными знаниями в области РНК. Работая вместе, они воссоздали «генетические ножницы» бактерий и упростили молекулярные компоненты ножниц, чтобы сделать их максимально простыми в использовании. Нобелевские лауреатки по химии доказали, что можно управлять «генетическими ножницами», чтобы разрезать любую молекулу ДНК в определенном месте. Они достигли этого, перепрограммировав исходные «генетические ножницы». Шарпантье и Дудна показали, что там, где разрезается ДНК, жизненный код легко переписать. С тех пор использование CRISPR/Cas9 быстро выросло.

Инструмент, разработанный исследовательницами, способствовал многим открытиям. Ученые-растениеводы могут вывести культуры, устойчивые к плесени, вредителям и засухе. В медицине продолжаются исследования инновационных методов лечения рака. Есть большая вероятность, что лечение наследственных заболеваний теперь не будет проблемой. Нет никаких сомнений в том, что эти «генетические ножницы» открыли в естественных науках совершенно новую эру во многих отношениях. Человечество получит огромную пользу от открытия, сделанного нобелевскими лауреатками в области химии.

Источники:

1. NobelPrize.org Available online: https://www.nobelprize.org/prizes/lists/all-nobel-prizes-in-chemistry/ (accessed on Jan 27, 2022).
2. SKŁODOWSKA-CURIE MARIA — Nobel 1903 i 1911 » Polska Światu Available online: https://polskaswiatu.pl/maria-sklodowska-curie-francja/?cli_action=1643457829.31 (accessed on Jan 29, 2022).
3. Jacobus Hendricus van’t Hoff — Department of Chemistry Available online: https://www.chemistry.msu.edu/faculty-research/portraits/jacobus-hendricus-van-t-hoff/ (accessed on Jan 29, 2022).
4. Jacobus Henricus van’t Hoff – First Nobel Prize Winner (1901) Available online: https://www.worldofchemicals.com/482/chemistry-articles/jacobus-henricus-vant-hoff-first-nobel-prize-winner-1901.html (accessed on Jan 29, 2022).
5. dzieje.pl — Historia Polski Available online: https://dzieje.pl/ (accessed on Jan 29, 2022).
6. Ciekawostki o laureatach nagrody Nobla Available online: https://www.wiatrak.nl/12099/ciekawostki-o-laureatach-nagrody-nobla (accessed on Jan 29, 2022).
7. Alfred Nobel | Biography, Inventions, & Facts | Britannica Available online: https://www.britannica.com/biography/Alfred-Nobel (accessed on Jan 29, 2022).
8. Historia literackiej Nagrody Nobla – kim był Alfred Nobel — blog Virtualo.pl Available online: https://virtualo.pl/blog/historia-literackiej-nagrody-nobla-kim-byl-alfred-nobel-w369/ (accessed on Jan 27, 2022).
9. Nagroda Nobla 2015 w dziedzinie chemii | Przystanek nauka Available online: https://przystaneknauka.us.edu.pl/artykul/nagroda-nobla-2015-w-dziedzinie-chemii (accessed on Jan 29, 2022).