Рёдзи Ноёри: химик, который научил молекулы отличать лево от право

В двенадцать лет, в общественном лекционном зале в послевоенном Кобе, Рёдзи Ноёри наблюдал, как ученый объяснял, что нейлон был создан практически из ничего, и эта фраза осталась с ним на всю жизнь: он понял, что химия «может создавать важные вещи практически из ничего». Четыре десятилетия спустя он создал молекулу, способную на гораздо более тонкий вид созидания — молекулу, которая могла подсказать химической реакции, какую из двух зеркальных версий молекулы строить, — различие, невидимое для глаза, но критически важное для того, как лекарство ведет себя в организме человека. Эта молекула и химия, которую она сделала возможной, принесли ему часть Нобелевской премии 2001 года.

Дом, полный журналов

Ноёри родился 3 сентября 1938 года в пригороде Кобе, Япония, в семье директора по исследованиям химической компании, чей дом, по его собственным словам, был полон научных журналов и образцов продукции. Он учился в средней и старшей школе Нада, преуспевая в науках и математике, одновременно занимаясь дзюдо, и в 1957 году поступил в Киотский университет. Изначально он склонялся к физике, отчасти под влиянием друга семьи и лауреата Нобелевской премии по физике Хидэки Юкавы, но лекция о нейлоне и растущий интерес к химии полимеров, а затем и к органической химии, привели его к дисциплине, которая определила его карьеру. Он учился у Кэйити Сисидо, а позже у Хитоси Нодзаки, получив степень бакалавра в 1961 году и докторскую степень по инженерии в Киото в 1967 году. Постдокторская стажировка в Гарварде у химика Элиаса Дж. Кори завершила его подготовку перед возвращением в Японию.

Неожиданное назначение в двадцать девять лет

В 1968 году, в двадцать девять лет, Ноёри принял то, что позже назвал неожиданным назначением: доцент в недавно созданной лаборатории органической химии в Нагойском университете. В 1972 году он был повышен до профессора и оставался в Нагое до конца своей активной исследовательской карьеры, превратив ее в один из ведущих мировых центров металлоорганической химии и асимметрического катализа — отрасли химии, занимающейся направлением реакций к специфической трехмерной форме молекулы, а не к непригодной смеси обеих.

BINAP и проблема хиральности

Проблема, которую Ноёри решал десятилетиями, имеет огромное значение в медицине: многие молекулы, включая большинство лекарств, существуют в двух зеркальных формах, называемых энантиомерами, которые химически идентичны почти во всех отношениях, но могут вести себя совершенно по-разному внутри живого организма — одна форма соединения может быть терапевтической, в то время как ее зеркальный двойник — инертным или даже вредным. Обычный химический синтез имеет тенденцию производить примерно равную смесь обеих форм, которые затем приходится кропотливо разделять. Прорыв Ноёри, достигнутый в 1986 году, заключался в хиральном катализаторе, построенном вокруг молекулы под названием BINAP, в сочетании с комплексами металлов рутения, которые могли заставить реакцию гидрирования строить преимущественно один энантиомер вместо другого. Применение оказалось немедленно коммерческим: его рутениево-BINAP катализаторы позволили производить напроксен, распространенное противовоспалительное лекарство, с 97-процентной чистотой желаемой формы, а его метод изомеризации аллиламинов стал основой для промышленного производства компанией Takasago International около 3000 тонн ментола в год с 94-процентной энантиомерной чистотой. Та же химия распространилась на антибиотики, такие как левофлоксацин, и на синтез витаминов, аминокислот и простагландинов.

Нобелевская премия и то, что она признала

В 2001 году Королевская шведская академия наук присудила Нобелевскую премию по химии совместно трем ученым, работающим над хиральным катализом: Ноёри разделил половину премии с американским химиком Уильямом С. Ноулзом за их работу по хирально-катализируемым реакциям гидрирования, в то время как К. Барри Шарплесс получил другую половину за хирально-катализируемые реакции окисления. Вместе их работа заложила основу области асимметрического катализа как промышленной дисциплины, позволив производителям создавать правильную, безопасную форму лекарства напрямую, вместо того чтобы производить обе формы и выбрасывать половину.

От лаборатории к институту

Карьера Ноёри не остановилась на лабораторном столе. С 2003 по 2015 год он занимал пост президента RIKEN, крупнейшей и самой престижной сети научно-исследовательских институтов Японии, контролируя годовой бюджет около 800 миллионов долларов и направляя развитие японской фундаментальной науки в национальном масштабе. Он также возглавлял Совет по восстановлению образования Японии, публично утверждая, что «исследования предназначены для наций и человечества, а не для самих исследователей», и призывая ученых напрямую взаимодействовать с общественным мнением и государственной политикой в области устойчивого развития. По пути он собрал длинный список наград, включая премию Вольфа по химии (2001), премию Артура К. Коупа (1997), золотую медаль Ломоносова (2009) и иностранное членство в Королевском обществе (2005), а также почетные докторские степени институтов по всей Европе и Азии.

Почему Рёдзи называют гением

Аргумент в пользу гениальности здесь точен и химичен: Ноёри решил проблему, которая десятилетиями расстраивала область, разработав катализатор, достаточно тонкий, чтобы различать две молекулы, которые являются зеркальными отражениями друг друга — химически почти идентичные, но биологически совершенно разные — и достаточно надежный, чтобы делать это надежно в промышленном масштабе, а не только в одной деликатной лабораторной демонстрации. Это сочетание, элегантный молекулярный дизайн в сочетании с прочной коммерческой полезностью, необычно; многие отмеченные наградами открытия в химии остаются ограниченными академическими статьями, в то время как катализаторы Ноёри сегодня используются для производства тонн реальных фармацевтических препаратов и потребительских товаров. Решение Нобелевского комитета разделить премию на три части, однако, само по себе является честной квалификацией: прозрение Ноёри возникло не в изоляции, а как часть более широкой волны исследований асимметрического катализа, проводимых параллельно Ноулзом и Шарплессом, каждый из которых атаковал связанную часть одной и той же фундаментальной проблемы под разным углом. Его гениальность, таким образом, лучше всего понимать как высший случай прикладной химической интуиции и инженерной настойчивости, а не как единую, изолированную вспышку оригинальности — терпеливое, итеративное совершенствование одной молекулярной идеи, BINAP, в инструмент, на который могла положиться целая индустрия.

Наследие

Катализаторы BINAP Ноёри остаются рабочими инструментами в фармацевтическом и тонком химическом производстве по всему миру, а его пребывание на посту главы RIKEN расширило его влияние от лабораторного стола до архитектуры самой японской научной политики — редкое двойное наследие одного молекулярного открытия и национального института, сформированного по образу и подобию своего изобретателя.