Нобель звенит металлом

Шведская королевская академия наук огласила в среду, 8 октября, имена очередных нобелевских лауреатов. Награду по химии разделили японский, британский и иорданский ученые Сусуму Китагава, Ричард Робсон и Омар Яги, получившие ее за разработку «металлоорганических каркасов». Их исследования могут использоваться для улавливания углекислого газа, хранения токсичных газов и получения воды в пустынях, поясняют в Нобелевском комитете. Опрошенные “Ъ” эксперты говорят, что исследования лауреатов также применимы в разработке сенсоров и способны упростить и удешевить производство лекарств.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Лауреатами Нобелевской премии по химии стали японский химик Сусуму Китагава, его британский коллега Ричард Робсон и родившийся в Иордании, но занимавшийся наукой в США Омар Яги. Ученые получили награду за разработку новой формы молекулярной архитектуры, состоящей из ионов металла, «выполняющих роль краеугольных камней», соединенных между собой молекулами органических соединений, говорится в коммюнике Нобелевского комитета.

«Ионы металлов и молекулы организованы в кристаллы, содержащие полости. Эти пористые материалы называются металлоорганическими каркасами (МОК)»,— поясняется на сайте премии.

Первым работу над каркасом начал 87-летний уроженец британского Глусберна в Западном Йоркшире господин Робсон: он получил докторскую степень в 1962 году в Оксфордском университете, а последние годы был профессором Мельбурнского университета в Австралии. Специалист в области полимеров, в 1989 году Ричард Робсон соединил ионы меди с органической молекулой (нитрильного лиганда). В результате образовался трехмерный каркас, в чьей структуре ученый обнаружил поры, которые могут занимать другие ионы или молекулы.

Впрочем, эта конструкция была нестабильной, и работу над каркасами продолжил Сусуми Китагава (получил докторскую степень в 1979 году в Университете Киото, а в 1992 году стал профессором неорганической химии в Токийском столичном университете; сейчас ему 74 года). Господин Китагава в 1997 году доказал, что МОК можно использовать для абсорбции газов (когда газы могут «втекать» в конструкции и «вытекать» из них), а также показал, что каркасы могут быть гибкими и менять свою структуру.

Но и МОК японца легко разрушались при нагревании. 60-летний уроженец иорданского Аммана Омар Ягхи (профессор Калифорнийского университета в Беркли) в 1997 году синтезировал каркас на основе кобальта и доказал, что МОК могут быть стабильными при температуре до 350°С.

В Нобелевском комитете пояснили, что открытия лауреатов привели к созданию химиками десятков тысяч каркасов, которые могут «способствовать решению важнейших задач человечества» — например, улавливать углекислый газ, собирать воду из пустынного воздуха или дезактивировать следы фармпрепаратов в окружающей среде.

«Мы привыкли, что все твердые вещества — плотные. Но ученые смогли обнаружить конструкции, которые оказываются пустотелыми. Если выкачать из них растворитель, каркас похож на что-то типа Шуховской башни. Соответственно, между этими каркасами можно разместить какие-то другие атомы»,— разъясняет старший научный сотрудник кафедры неорганической химии химического факультета МГУ Дмитрий Цымбаренко. По словам ученого, такие структуры работают как адсорбенты, процесс всасывания можно настроить на определенные виды молекул, например на поглощение взрывчатых веществ.

«Использование контролируемого молекулярного синтеза дало возможность создавать структуру таких материалов, менять их "дизайн" и варьировать в широком диапазоне физическо-химические свойства»,— добавляет кандидат физико-математических наук, доцент кафедры молекулярной физики НИЯУ МИФИ Алексей Грехов. Работы лауреатов стимулировали интенсивное развитие синтеза МОК и их дальнейшее использование — от хранения водорода и катализа до применения в медицине и сенсорах, добавляет господин Грехов.

Заведующая лабораторией технологий ионообменных мембран МФТИ София Морозова полагает, что использование металлоорганических каркасов в органокатализе (способ ускорения химических реакций с помощью органических веществ) может упростить производство ряда «фармакологических субстанций», в результате некоторые лекарства станут дешевле.

Еще одной сферой применения, объясняет госпожа Морозова, может стать энергетика: «На заправках появятся металлоорганические каркасы с водородом. В таком состоянии он будет менее взрывоопасным».

Вручение Нобелевских премий пройдет 10 декабря — в годовщину смерти ее основателя Альфреда Нобеля. Лауреаты получат золотые медали и дипломы, а также разделят призовой фонд 11 млн крон (около $1,1 млн). Прошлогоднюю премию по химии получили американские и британские ученые Дэвид Бейкер, Джон Джампер и Демис Хассабис, награжденные за компьютерное моделирование структуры белков и модели искусственного интеллекта в этой области.

Александр Воронов, Полина Ячменникова