Нобелевскую премию по химии 2025 присудили за разработку металлорганических каркасов. Что это такое?

Нобелевскую премию по химии 2025 получит коллектив ученых «за разработку металлорганических каркасов». 8 октября Нобелевский комитет объявил, что премия 2025 года в номинации «Химия» присуждена Сусуму Китагаве (Киотский университет, Япония), Ричарду Робсону (Мельбурнский университет, Австралия) и Омару Яги (Калифорнийский университет, Беркли, США).

Металлорганические каркасы (metal-organic frameworks, MOF) — это искусственно созданные молекулярные конструкции, в которых ионы металлов связаны между собой длинными органическими (углеродными) молекулами. Эти структуры представляют собой упорядоченные, объемные кристаллы, напоминающие алмазы, внутри которых содержатся большие полости.

Первым такой каркас в 1989 году создал из ионов меди Ричард Робсон, однако эта молекулярная конструкция оказалась нестабильной и легко разрушалась. Позже, в период с 1992 по 2003 годы, Сусуму Китагава и Омар Яги, независимо друг от друга, совершили ряд революционных открытий в этой области.

Китагава показал, что газы могут свободно втекать в полости и вытекать из них, а также предсказал, что MOF можно сделать гибкими. Яги удалось создать очень стабильный MOF и показать, что его можно модифицировать, придавая ему новые желаемые свойства.

С тех пор химики, варьируя строительные блоки, создали десятки тысяч различных MOF с самыми разными свойствами — с их помощью можно захватывать и хранить различные токсичные вещества, управлять химическими реакциями или проводить электричество.

MOF могут способствовать решению важнейших задач, стоящих перед человечеством, включая очистку воды от «вечных химикатов» — перфторалкильных аминов (PFAS), разложение следов фармацевтических препаратов в окружающей среде, улавливание углекислого газа или сбор воды из воздуха пустынь, отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета.

Привлекательная и очень просторная студия, спроектированная для вашей жизни в качестве молекулы воды, — так можно описать один из металлоорганических каркасов, разработанных лабораториями по всему миру за последние десятилетия.

Другие конструкции такого типа предназначены для улавливания углекислого газа, отделения пер- и полифторалкильных веществ от воды, доставки фармацевтических препаратов в организм или работы с чрезвычайно токсичными газами. Некоторые из них могут улавливать этилен из фруктов, чтобы те созревали медленнее, или инкапсулировать (помещать в защитную оболочку) ферменты, расщепляющие следы антибиотиков в окружающей среде.

«Металлоорганические каркасы обладают огромным потенциалом, открывая ранее невиданные возможности для создания материалов с новыми функциями», — отметил в своей речи Хайнер Линке, председатель Нобелевского комитета по химии.

В прошлом году награда в этой номинации досталась двум генетикам за взломанный код химических инструментов жизни. В 2023 году группа ученых, включая уроженца СССР, получила нобелевку по химии за открытие и синтез квантовых точек.