В поисках новой простоты
Такая лекция вообще не планировалась в этом курсе, ни в стартовом составе, ни вообще никогда. Но человек предполагает, а шведский король, е.к.в. Карл Шестнадцатый Густаф располагает – прямо в день первой вводной лекции в первом сезоне 2022 года взял да дал нобелевскую премию второй год подряд за органическую химию, чего почти сто лет уже не было. Явил монаршью волю, кто еще волен жаловать как не король. Голов рубить подданным давно уже не дают королям, вот и приходится жаловать, а то подданные совсем забудут, что у них есть монарх, и чего доброго лишат вещевого и денежного довольствия и погонят прочь. А шведский король ведь удивительными поворотами истории поставлен повелевать науками всего мира, и все трепещут в начале октября каждого года – вот уже, идут, сейчас узнаем, кто ныне зван на королевский пир.
В том ужасном году с тремя двойками и одним нулём, не иначе как науколюбивый монарх прочитал в гуглопереводе на шведский мой прошлогодний пасквиль про предыдущую премию 2021 года и решил и дальше дразнить неведомого наглеца. Королям не чуждо озорство, ведь больше им в общем между нобелевскими банкетами делать нечего. Ладно, чёрт с ним, пусть и третью подряд тогда тоже органикам даст, хотя совершенно сейчас непонятно, кому бы это могло достаться, надеюсь, что не за фотокатализ МакМиллану, раз так можно. А поскольку эта лекция сместилась на неделю, уже знаю, что не дал, зато есть наконец второй российский, точнее, советский химик с нобелевкой – профессор Екимов из Ленинграда. Это вдвойне хорошо, и то, что у нас теперь есть настоящий нобелевский лауреат по химии, а это очень круто и очень сильно смещает взгляд на сущее в оптимистическую сторону. Это может странно выглядеть – какое отношение имеет к сущему учёный, который сделал нечто важное сорок лет назад в почти другой стране? Это интересный вопрос, и мы его когда-нибудь обсудим.
Вернёмся к августейшему монарху, который явно решил не просто дразнить, а прямо-таки издеваться, наверняка зная о том, что неведомый наглец был совершенно уверен в том, что где-то в статуте Нобелевской премии записано о том, что ее нельзя давать одному человеку дважды в одной науке. Премию за клик сулили давно, еще лет десять назад, но поскольку в клике не объехать Шарплесса, который и придумал эту концепцию, – а ему нобелевку уже давали в 2001 за энантиоселективные реакции, то я и был совершенно уверен, что не будет никогда нобелевки по клику. А с этой нобелевкой у нас особенно долго носились потому, что считалось, что ее разделить с Шарплессом должен профессор из института Скрипса Валерий Фокин. И вот – премия есть, а Фокина в ней нет, и вместо Фокина там два человека, про одного из которых только немногие знают, как о сооткрывателе того, что многие считают клик-реакцией, и ещё какой-то малоизвестной органикам Каролин Бертоцци. И в одни руки две давать можно, впрочем, оказывается, так уже было и многие просто позабыли.
В этом месте я понял, что первоначальный план лекций летит к чёрту, и нужно срочно сделать незапланированную. И попытаться разобраться в том, за что дали нобелевку, и почему профессора Фокина в ней не только нет, но и быть не могло, что никак не умаляет его собственных достижений, а они значительны и бесспорны, на зависть многим. Но премия не за клик-реакцию, а за клик-концепцию, хотя третий лауреат, Мортен Мелдел, вроде бы опровергает это, но так увы бывает, нобелевский комитет всё же немного прогнулся под вполне человеческие обстоятельства, а может и решил немного пополнить список лауреатов своим братом скандинавом. Впрочем, если немного в проблеме разобраться, то можно сделать вывод, что у нобелевского комитета не было выбора, включать или не включать Мелдела в лауреаты – можно даже сказать, что это страный случай того, как нобелевским лауреатом можно стать… случайно. Что кстати совсем ничего не говорит о самом Мелделе – судя по его работам это очень серьёзный учёный. Но нобелевки за это не дают.
Нобелевки не дают просто за научные достижения, за открытие новых реакций (за всю историю нобелевки было одно исключение – Дильс и Альдер – но и там не всё так просто). Итак, поговорим о нобелевской премии 2022 года, поместив ее в несколько более широкий контекст того, что происходит с органическим синтезом в новом столетии. Ведь Нобелевский комитет очень непрост, и премии просто так не даёт. Комитету совершенно плевать на заслуги, и многие невероятно крупные ученые, увешанные заслугами и всеми другими престижными премиями, которых в химии немало, никогда нобелевки не только не получали, но и не претендовали на неё. Потому что нобелевка это про влияние и про будущее. Нобелевская премия это про то, что меняет направления исследований, задаёт новые пути. Поэтому нобелевки почти никогда не дают сразу, и очень часто спустя неприличные четверть века или даже больше. Это кажется особенно вызывающим, потому что за четверть века в науке последнего столетия происходят просто тектонические сдвиги, и кажестя, что то, что сделано за такой промежуток времени должно устареть. Вот в том-то и дело что нет – остается, начинает играть новыми красками, про которые сами лауреаты и не догадывались, поэтому им иногда на нобелевской лекции приходится вымучивать из себя пророков, в то время как они просто однажды угадали
Нобелевская премия 2022 года присуждена Кэролин Бертоцци, Мортену Мелдалу и Барри Шарплессу “за разработку клик-химии и биоортогональной химии” (Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal and K. Barry Sharpless “for the development of click chemistry and bioorthogonal chemistry”). А почему мы вообще решили, что это про органическую химию? Ни в названии премии, ни в описании органическая химия не упоминается ни разу. Мы понимаем, что речь идет о каком-то мощном способе соединения молекул, а каких молекул? Действительно, химия нынче большая, молекул разных много, почему бы их не соединять? Да, там в половинке премии речь идёт про био – но и в живых организмах, говорят, есть не только органика, есть даже целый курс бионеорганической химии. И это верно – совершенно очевидно, что в эту премию заложен потенциал, не ограниченный органическими веществами. Вам расскажут, как можно легко соединять молекулы, а дальше вы сами думайте, можно ли это применить к вашим молекулам, в которых может действительно не найтись ни одного атома углерода.
И тем не менее, интуиция нас не подводит – думать о каких-то не органических (не обязательно неорганических) веществах можно, но реальность пока что такова, что соединяются в подавляющем большинстве случаев именно органические молекулы, образуя новую органическую молекулу. Да, тут много и полимеров и макромолекул – модификация и сшивка. Очень много пептидов, олигосахаридов – в этом случае всегда возникает неприятный вопрос – а это ещё органическая химия, или это уже нечто другое. Это как хотите, но важно то, что даже большие био-молекулы реагируют и соединяются с помощью самых обычных орагнических реакций, и разницы немного. В общем, мы, пожалуй, примем во внимание совершенно явный общехимический потенциал этой премии, который явно имелся в виду ещё и потому что действительно Нобелевский комитет страшно не любит два года подряд повторять область науки, но сделаем себе такое одолжение – возьмём и присвоим премию органике. И тогда начнем осознавать реальное значение и смысл этой премии именно для органической химии.
И тогда эти мысли могут завести нас достаточно далеко – мы начнем осознавать, что это премия не просто про органическую химию, а конкретнее – про органический синтез, и в этом смысле она действительно попадает в одну и ту же категорию, что премия предыдущего года – про органокатализ. Та премия воздавала почести новой методологии поиска каталитических систем, дающей нам большое количество новых интрументов синтеза и направление поиска ещё большего количества. И хотя апологеты органокатализа часто рекламируют свою область как поиск более простых и боле доступных катализаторов, на деле это совершенно не соответсвует действительности, – современный ассортимент органокатализаторов невероятно обширен, и множество соединений из этого ассортимента простыми никак не назовёшь. Органокатализ конечно же не упрощает, а усложняет, и это неизбежно – давно все уже поняли, что никаких универсальных реагентов и катализаторов в органической химии нет и не будет. Сложность и многообразие соединений делает неизбежным примение сложных и многообразных подходов к синтезу.
И как только мы за это зацепимся, мы немедленно поймём о чём новая премия. Как ни парадоксально, она именно о том, что есть большая, если не критическая потребность в том, чтобы рядом с сложностью и многообразием была простота и однообразие. Именно рядом, а не вместо. Сложность и многообразие должны оставаться и усложняться и развиваться дальше – в этом залог непрерывного увеличения возможностей. Современный синтез имеет на многие порядки больше методов, реакций, реагентов, чем синтез 50, 100, 150 лет назад, и серьёзные синтетики имеют огромный выбор путей решения задач постороения сложных молекул. В этом отношении никакие новые методы и подходы, даже если они кажутся дублирующими то, что уже есть, не являются лишиними. Мы отлично видим, как это работает, если просто пролистаем свежие номера больших журналов.
Но есть одна большая проблема. Современной технологии – обобщим в этом слове все практические потребности в том, что производится для применения где бы то ни было, от медицины и сельского ходяйства до электроники, фотоники, сенсорики и т.п. – требуется огромное количество новых соединений в первую очередь просто для исследования и разработки – может быть в каком-то далеком будущем это станет целенаправленным и совершенно точно детерминированным: сначала расчет, потом быстрый синтез конкретных наилучших соединений – но и сейчас, и явно долго ещё этот процесс остается довольно случайным поиском жемчужин в куче помоев, основанном на переборе и тестировании из десятков и сотен тысяч кандидатов. И всё это надо синтезировать хотя бы в минимальных количествах. И ещё одна проблема. Допустим, вы нашли нечто превосходное по свойствам. Но сложное по структуре, очень сложное. Но настолько прерасное. что это всё равно нужно делать и в серьёзных количествах. А имеющийся синтез это стопятьдесят стадий, одна другой сложнее. И вы начинаете прорабатывать пути синтеза, имея в виду то, что критически важно сокращать число стадий, упрощать всё, что можно упростить, выбирать уже хорошо проработанные методы. Не последнюю роль играет и то, что всё, что производится в современном производстве должно еще и соответствовать жестоким ограничениям по безопасности для среды и работников.
Иными словами есть смысл заняться максимальными упрощением и унификацией. Пусть одни усложняют и диверсифицируют – и получают нобелевки. А мы займёмся обратным – будем искать пути упрощения, унификации, интенсификации – и тоже получим нобелевку.
Итак, мы договорились, что последняя нобелевка тоже дана за органический синтез, но за другую его грань. Это как если бы наряду с спортивными соревнованиями с девизом “выше, дальше, сильнее” возникли бы соревнования “ниже, ближе, слабее”. Чего проще, казалось бы. Но нет, это иллюзия.
