2026年诺贝尔化学奖正式揭晓,两位化学家解开了困扰科学界一个多世纪的生命不对称性谜题。
瑞典皇家科学院宣布,将2026年诺贝尔化学奖授予法国化学家 Henri B. Kagan 和日本化学家 Kenso Soai,表彰他们在不对称有机合成中发现非线性效应与自动催化。
亨利·B·卡冈(HENRI B. KAGAN)
1930年出生于法国布洛涅-比扬古。1960年获得法兰西公学博士学位。原法国巴黎南大学荣休教授。
硪合贤三(KENSO SOAI)
1950年出生于日本广岛。1979年获得日本东京大学博士学位。日本东京理科大学荣休教授。
这两项发现不仅为制药工业提供了关键工具,更解释了生命最初如何建立起单一手性的秩序。
生命的镜像难题
我们体内的分子结构存在严格的手性特征。
构成人体蛋白质的氨基酸全部是左手性的。
构成DNA骨架的糖分子全部是右手性的。
自然界只挑了其中一种形态,这种现象被称为同手性。
对化学家来说,人工合成这类分子极其困难。
普通化学反应制造出的手性分子通常是一半左手、一半右手的混合物。
但在制药领域,分子的方向决定生死。
其中一种镜像分子具有疗效,另一种镜像分子可能完全无效,甚至带来严重毒性。
上世纪60年代的沙利度胺事件就是典型案例,该镇静药物导致数千名婴儿先天畸形,后来的分析证实正是其镜像异构体引发了悲剧。
化学界一直试图弄清楚:生命在诞生之初,究竟是如何从混乱的对称世界中筛选出单一手性的?
跨越百年的三次接力
这个谜题的解答经历了一场漫长的科学接力。
第一棒是巴斯德。
1848年,巴斯德在显微镜下观察酒石酸晶体,首次发现分子存在镜像形态。
1857年,他发现细菌只分解来自葡萄的右手性酒石酸,镜像分子则完好无损。
人类由此首次意识到生命化学具有偏向性。
20世纪初,德国化学家马尔克瓦尔德使用手性催化剂,首次完成不对称合成,制造出比例略有倾斜的手性产物。
第二棒是理论物理学家查尔斯·弗兰克。
1953年,弗兰克提出了一套数学模型,明确指出产生完全同手性必须满足三个条件:
第一,存在手性催化剂与不对称反应。
第二,有一种机制能够增强优势镜像分子的生成,同时抑制劣势镜像分子。
第三,反应产物能够充当催化剂本身,实现自我复制和指数级增长。
2001年和2021年的诺贝尔化学奖解决了第一个条件的相关探索。
2026年的诺贝尔化学奖,表彰的正是彻底攻克后两个条件的两位学者。
卡冈打破线性假设
1986年,巴黎南大学的卡冈在研究金属手性催化剂时,推翻了当时化学界的普遍共识。
过去学者普遍认为,催化剂中左手和右手的比例,与最终产物的比例是一比一线性对应的。
卡冈对催化过程展开深入推演。
金属原子在反应中会同时结合两个手性分子。
催化剂实际存在三种配对形态:右右组合、左左组合、左右混合。
实验表明,左右混合形态的催化效率极低。
这种低活性状态锁死并消耗了多余的杂质成分,使得右右或左左的高活性催化剂占据主导。
最终产物中单一镜像分子的纯度,远高于催化剂本身的初始纯度。
卡冈将这种现象命名为非线性效应,他在1986年通过三个独立反应证实了这一点,成功达成了弗兰克模型的第二项指标。
Kenso Soai实现化学自我复制
日本东京理科大学的Kenso Soai接下了最后一棒。
Kenso Soai注意到某些反应产物与催化剂结构高度相似,萌生了让产物催化自身生成的想法。
1995年,Kenso Soai利用5-嘧啶基烷醇分子,首次实现了手性产物的自动放大。
在初始手性过量仅有2%的情况下,产物最终手性过量达到了87%。
2003年,硪合完成了不对称化学史上最精妙的实验。
在完全没有预先加入手性催化剂的环境中,原料自发启动反应。
起始阶段极其微小的随机涨落,瞬间被自动催化机制捕获并疯狂放大。
最终产物中,单一手性分子的比例高达99.99%。
这是人类第一次在实验室内,仅凭基础非手性原料和随机涨落,从零制造出纯度接近100%的手性体系。
工业与科研的双重重塑
非线性效应如今已是全球合成化学家的标准分析工具。
工程师利用该效应指导反应优化,大幅压低制药、香精、农药和新材料生产中的提纯成本。
硪合反应则彻底点燃了生命起源领域的研究热情。
全球科学家正在将这一自动催化机制推广至氨基酸与核糖的合成,试图重现地球生命诞生最初一刻的化学足迹。
两位获奖者用清晰的物理化学机制,解答了生命为何独尊一手。