Каркасное химическое строительство
Нобелевская премия по химии 2025 года присуждена Ричарду Робсону (Мельбурнский университет, Австралия), Сусуму Китагаве (Киотский университет, Япония) и Омару Ягхи (Университет штата Аризона, Мичиганский университет и Калифорнийский университет, Беркли, США) за «разработку металл-органических каркасных структур».
Атомы химических элементов — это кирпичики, из которых построен весь окружающий мир. Казалось бы, бери атомы какие нужно и строй молекулу мечты. Но это только на словах. На деле собирать вещество из отдельных атомов, как правило, малоперспективная затея, если вообще возможная. Слишком сложно, слишком долго, слишком дорого. Поэтому, как и в строительстве домов, в химии намного эффективнее строить вещество из блоков и заготовок. Только с «быстровозводимыми» химическими конструкциями есть одна проблема — даже если их получается собрать, большинство из них тут же норовит развалиться. Примерно как если бы вы привезли на место будущего дома все стройматериалы, свалили их в большую кучу и стали ждать, когда из неё само собой вырастет прочное и красивое здание, с множеством просторных помещений. И тем не менее в химии возможны и такие «чудеса».
Структуры, которые поначалу считались нереальными, потом — не имеющими практического применения, в итоге оказались полезными в самых разных областях: от нефтегазовой промышленности до медицины. И аналогия с просторными помещениями тут не случайна. Если в здании не будет пустого пространства, то использовать его можно разве что как памятник. Вот, к примеру, египетские пирамиды: материала и труда на постройку затрачено много, а внутри неё может разместиться всего лишь один фараон. Величественно, но крайне неэффективно. Совсем другое дело — многоквартирный дом, где в каждой квартире может жить семья и кот. У химиков есть не меньший интерес к веществам и структурам, внутри которых пустое пространство. Потому что в него можно сначала «положить», а потом «вынуть» разные полезные молекулы. И тогда вещество получает полезные свойства и обретает очень интересные перспективы.
Но молекулы, как и люди, бывают привередливы в выборе жилья. Высота потолков, площадь комнат, внутренняя отделка — всё это имеет свои аналогии и в атомарном мире. К примеру, если нужно разделить смесь из двух схожих по свойствам газов, то нам понадобится такой материал, который способен эффективно поглощать только один газ и не поглощать другой. Здесь и встаёт задача, как сделать материал привлекательным лишь для одной конкретной молекулы или для определённой группы соединений. Строить своего рода «пещеры» для молекул химики научились уже давно, взять те же цеолиты — один из вариантов каркасных алюмосиликатов. Но вот создать химические «квартиры» свободной планировки, да ещё и с «дизайнерским ремонтом», долгое время не получалось.