Нобелевская премия 2005 года: химия
Сегодня мы завершаем наш цикл из трёх передач, посвящённых нобелевским лауреатам нынешнего года в области естественных наук. Следуя хронологии присуждения премий, мы начали с медицины, продолжили физикой, и вот сегодня речь пойдёт о химии.
Нобелевский комитет поделил премию поровну между тремя исследователями. Лауреатами стали француз Ив Шовен (Yves Chauvin) и двое американцев – Роберт Граббз (Robert Howard Grubbs) и Ричард Шрок (Richard Royce Schrock).
В официальном пресс-релизе Шведской королевской академии наук указывается, что премия присуждена за разработку метода метатезиса в органическом синтезе. Научные достижения лауреатов позволили превратить метатезис в одну из важнейших реакций, используемых в органической химии, а это, в своё очередь, открыло фантастические возможности для производства новых субстанций – например, лекарственных препаратов. К вопросу о том, что же такое метатезис и в чём его значение, мы вернёмся чуть позже, а сейчас давайте познакомимся поближе с новоиспечёнными лауреатами. Самый пожилой из троих – Ив Шовен: ему 75 лет, и он вот уже 10 лет как на пенсии. В том, что присуждение столь почётной награды стало для учёного полной неожиданностью, нет ничего удивительного. Удивительно другое: реакция Шовена на сообщение о премии. Журналистам, сумевшим до него дозвониться, он заявил:
Меня всё это больше смущает, чем радует, потому что я не привык к славе и к шумихе.
Мне трудно справиться с этой ситуацией, совершенно новой для меня. И я чувствую себя дискомфортно, неловко. Не могу сказать, чтобы известие о присуждении премии переполняло меня радостью. Хотя я должен вроде бы испытывать гордость... Но я скорее растерян, чем воодушевлён.
А на вопрос о том, как он собирается отпраздновать это событие, Шовен испуганно ответил:
Нет, нет, какое празднование, какие люди? Что вы, что вы, ничего такого, никаких торжеств!
И, в свою очередь, поинтересовался:
А Нобелевская лекция – это обязательно? Нас же трое – вот пусть остальные двое и выступят с речами на церемонии вручения премии. А я не буду – да мне и сказать-то нечего. Да, я был первым, поэтому мне и дали теперь премию, но это же было 35 лет назад. Потом я вёл исследования совсем в другой области, и если бы не открытия этих двух американцев, никакой премии я бы не получил. Сегодня химия меня мало интересует – я предпочитаю работать в саду, или гулять на природе, или слушать музыку. Я уже старый человек и хочу только одного – чтобы меня оставили в покое.
Ив Шовен родился 10-го октября 1930-го года в городе Туре. Он закончил Высшую школу химии, физики и электроники в Лионе и там же в 1952-м году защитил диссертацию. Практически всю свою жизнь Шовен проработал во Французском научно-исследовательском институте нефти в Рюэй-Мальмезоне. Там он совершил и своё открытие, удостоенное теперь премии. Учёный является лауреатом и многих других международных наград. В 1996-м году Шовен стал членом Французской академии наук. В последние годы учёный ведёт крайне замкнутый образ жизни. Он является почётным директором Института нефти, хотя должность эта, судя по всему, сугубо номинальная: во всяком случае, когда секретарь Нобелевского комитета позвонил в институт, чтобы сообщить о присуждении Шовену премии, там битый час тщетно пытались найти его адрес или хотя бы телефон. А впрочем, может, не стоило и стараться, если иметь в виду реакцию учёного на известие о награде? Так или иначе, Шовен дал понять, что он вряд ли поедет в декабре в Стокгольм на торжественную церемонию вручения премии.
Двое других лауреатов отреагировали на сообщение о присуждении им премии совсем иначе. Роберта Граббза, профессора Калифорнийского технологического института в Пасадене, это радостное известие застало поздно вечером в Новой Зеландии, где учёный выступает с лекциями. Усталость явно давала себя знать:
Я был дома, отдыхал после лекционного турне по Новой Зеландии. Дома – это значит, в городе Крайстчёрче, мне предстоит в здешнем университете читать курс лекций. Сейчас уже полдвенадцатого ночи. Звонок из Стокгольма стал для меня неожиданным и эффектным завершением долгого и трудного дня.
На вопрос о том, как он собирается отметить награду, Граббз отреагировал более спокойно, чем его старший коллега:
Ну, как я уже сказал, я изрядно вымотался, так что я, скорее всего, выпью пару рюмок бренди и постараюсь хорошенько выспаться.
Роберт Хауард Граббз родился 27-го февраля 1942-го года в Калверт-Сити, штат Кентукки. В 1963-м году он закончил университет штата Флорида в Гейнсвилле, в 1968-м году защитил докторскую диссертацию по специальности «химия» в Колумбийском университете в Нью-Йорке, год проработал в Стэнфордском университете в Калифорнии, а затем 9 лет вёл научные изыскания и преподавал в университете штата Мичиган в Ист-Лансинге. С 1978-го года и по сей день Граббз является профессором химии Калифорнийского технологического института в Пасадене. Кроме того, он часто выступает с лекциями в Оксфордском и Женевском университетах. Учёный является лауреатом множества научных премий и наград, присуждённых ему в разных странах мира – Японии, Китае, Великобритании, Ирландии, Швейцарии и США. В Германии Общество немецких химиков удостоило Граббза памятной медали Августа Вильгельма фон Гофмана, а фонд Александра фон Гумбольдта выделил учёному исследовательскую стипендию. По словам знающих Граббза лично, он даже чисто внешне отвечает расхожим представлениям об учёном-интеллектуале: высокий лоб, очки, борода. Но главное, он действительно может с полным на то правом считаться образцовым исследователем.
Наиболее эмоционально известие о премии воспринял самый молодой из троих лауреатов – 60-летний Ричард Шрок:
Это великолепное ощущение! Великолепное! Для меня это кульминация, вершина всего, чего я достиг в жизни!
Звонок из Стокгольма застал учёного дома в Кеймбридже, штат Массачусетс:
Я встал в 5 утра – я обычно встаю рано – и успел выпить чашку кофе, когда раздался телефонный звонок. Это было ровно в полшестого утра. Вообще-то такие вещи, как присуждение Нобелевской премии, – это, конечно, всегда неожиданность. Однако кое-какие слухи до меня доходили. Поэтому когда телефон зазвонил в такую рань, что весьма необычно, у меня, честно говоря, мелькнула мысль о премии. Сам я никогда не считал себя достойным столь высокой награды. Но я знал, что многие люди придерживаются иного мнения: они полагают, что я её заслужил. А это в конечном счёте и является определяющим фактором. Я до сих пор в себя прийти не могу, сердце бьётся – наверное, пульс ударов 200 в минуту, не меньше.
Ричард Ройс Шрок родился 4-го января 1945-го года в Бёрне, штат Индиана. Когда ему исполнилось восемь лет, один из старших братьев подарил ему на день рождения набор реактивов «Юный химик». С этого момента интерес к химии определял всю дальнейшую жизнь Шрока. Он закончил колледж в Сан-Диего, затем университет штата Калифорния в Риверсайде, в 1971-м году защитил диссертацию в Гарвардском университете, год проработал в Кембриджском университете, а затем ещё три года вёл научные изыскания в крупном химическом концерне «DuPont». С 1975-го года и по сегодняшний день профессор Шрок ведёт исследовательскую работу и преподаёт в знаменитом Массачусетском технологическом институте в Кеймбридже. В свободное время – правда, его, по признанию учёного, катастрофически не хватает, – он ходит в концерты, увлекается художественной фотографией, а кроме того, любит готовить и столярничать – это последнее увлечение досталось Шроку в наследство от отца-краснодеревщика. Присуждение Нобелевской премии вряд ли изменит характер или направление его научной деятельности, полагает учёный:
Я надеюсь, что смогу и далее руководить небольшой группой сотрудников – человек 15 – и заниматься фундаментальными исследованиями. То, что мы делаем сегодня, является в значительной мере продолжением того, что я делал на протяжении последних 30-ти лет.
Итак, в чём же состоят выдающиеся заслуги Шовена, Граббза и Шрока и что такое метатезис? Как известно, в молекулах всех без исключения органических веществ присутствует углерод. Атомы углерода могут формировать длинные цепи и кольца, связывать другие элементы – например, водород и кислород, – образовывать двойные связи и т.д. Эти углеродсодержащие соединения лежат в основе всей жизни на Земле. Однако эти же соединения могут быть получены и искусственно – посредством так называемого органического синтеза. Сегодня одним из важнейших методов осуществления этого синтеза является метатезис, в русской химической литературе чаще именуемый реакцией обмена. Особую роль эта реакция играет в нефтехимии. Потребность промышленно развитых государств в нефти постоянно растёт – и отнюдь не только потому, что она является важнейшим энергоносителем, сырьём для получения реактивного и дизельного топлива, бензина, керосина, мазута и масел. Общий ассортимент нефтепродуктов охватывает около полумиллиона наименований и включает лаки и краски, пластмассы и лекарства. Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и реже ароматических углеводородов, то есть состоит в основном из длинных тяжёлых молекул. Чтобы получить моторные топлива и химическое сырьё, нефть подвергают переработке, протекающей с распадом этих молекул. В ходе этой операции – она именуется крекингом – в больших количествах образуются так называемые этиленовые углеводороды, или олефины, молекулы которых представляют собой «открытую», то есть не замкнутую в кольцо, линейную цепь. Олефины служат очень важным сырьём для химической промышленности. Так вот, их трансформация и происходит посредством метатезиса, или реакции обмена. В своём пресс-релизе Шведская королевская академия наук пишет, что механизм метатезиса для наглядности можно сравнить с танцем, в ходе которого пары обмениваются партнёрами. Выражаясь более строгим научным языком, можно сказать, что в процессе метатезиса старые связи между атомами углерода разрушаются, а вместо них устанавливаются новые связи, которые и заставляют группы атомов меняться местами. Иными словами, метатезис позволяет целенаправленно изменять структуру сложных органических молекул. А для того, чтобы этот процесс шёл, и шёл быстро, необходимо присутствие ещё одного – постороннего – вещества. Наверное, из школьного курса химии все помнят, что существуют субстанции, ускоряющие химические реакции, однако сами в них не участвующие и не входящие в состав конечных продуктов, и что эти вещества называются катализаторами. Правда, у большинства людей, не имеющих отношения к химическому производству, само слово «катализатор» ассоциируется сегодня, прежде всего, с тем устройством, что расположено в выхлопной трубе современного автомобиля и предназначено для снижения токсичности отработавших газов. Между тем, без катализаторов было бы невозможно даже наше с вами существование, потому что практически все биохимические реакции в живом организме протекают только в присутствии ферментов, а они есть ничто иное как биологические катализаторы. Современная промышленность также нуждается в катализаторах: без них производственные процессы в химической и перерабатывающей отраслях либо потребовали бы значительно более высоких энергозатрат, либо вообще были бы невозможны. Достаточно сказать, что сегодня 80 процентов всей продукции химической индустрии производится при участии катализаторов.
Метатезис был открыт учёными, работающими в области прикладной химии, ещё в 50-е годы прошлого века, однако механизм этой реакции долгое время оставался загадкой. Лишь в 1971-м году Ив Шовен сумел, наконец, объяснить и детально описать этот механизм. Кроме того, он сформулировал требования, которым должны были удовлетворять катализаторы метатезиса. Опираясь на теорию Шовена, американские исследователи начали поиск подходящих металлоорганических соединений. В 1990-м году Ричард Шрок разработал первый функционирующий катализатор на основе молибдена, двумя годами позже Роберт Граббз предложил значительно более эффективный катализатор на основе рутения. Чрезвычайно важным достоинством этого соединения является его устойчивость на воздухе, что и обеспечило ему самое широкое применение в промышленности. Метатезис является сегодня основой многих производственных процессов в фармакологии, биотехнологии и химической отрасли. Благодаря заслугам нынешних лауреатов Нобелевской премии, – говорится в пресс-релизе Шведской королевской академии наук, – методы органического синтеза стали более эффективными, более простыми и более экологичными. Работы Шовена, Граббза и Шрока позволили сократить число этапов реакции и существенно упростить весь производственный процесс, значительно снизить энергозатраты и расход природного сырья, резко уменьшить количество вредных отходов. По мнению Нобелевского комитета, всё это является важным шагом в направлении так называемой «зелёной химии», то есть такой, которая не наносила бы ущерба окружающей среде. Ведь благодаря исследованиям лауреатов многие виды химической продукции, производившиеся прежде из нефти, сегодня легко могут быть получены из растительного сырья. Оценивая значение своей работы и работы коллег-лауреатов, профессор Шрок говорит:
Постепенно, шаг за шагом, мы обнаруживали, что наши поначалу сугубо фундаментальные исследования позволяют выйти на нечто прикладное, реально нужное и полезное в повседневной жизни. Это меня очень, очень радует. Я считаю, что именно за это и присуждена Нобелевская премия: за работу, которая приносит пользу и науке как таковой, и всему обществу.
В заключение передачи хочу напомнить о том, что награждение лауреатов традиционно проходит в Стокгольме 10-го декабря – в годовщину смерти Альфреда Нобеля. Церемония вручения завершается роскошным банкетом в городской ратуше. Денежная часть премии составляет 10 миллионов шведских крон – в нынешнем году это примерно 1,3 миллиона долларов, или 1,1 миллиона евро.