生活是不对称的。揭晓为何荣获 2026 年诺贝尔化学奖的科学家

2026 年诺贝尔化学奖授予 Henri Kagan 和 Kensō Soai，以表彰他们发现了自然界化学不对称性之谜的解决方案，这一发现为操纵制药和其他材料制造中使用的反应开辟了新途径。有些分子是手性的，这意味着一个分子有两种形式，互为镜像但不相同，就像你的左手和右手一样。生物学中最神秘的化学现象之一是生物体几乎只含有这两种形式中的一种。这被称为同手性。这两种分子（均称为对映体）具有相似的物理性质，但行为不同。诺贝尔委员会用一个简单的类比来解释这一点：锁匠可以制作两把镜像钥匙，但“只有其中一把适合锁——如果你的顾客试图用另一把钥匙解锁，锁可能会被损坏。”在开发以氨基酸或糖分子为基础的新药时，同手性会带来一个问题：虽然这些手性分子的一种对映体产生了所需的治疗效果，但另一种对映体可能会引起不必要的、有时甚至是有害的副作用。科学家们并不总是能够轻松控制他们从合成中得到的分子版本。手性分子的发现可以追溯到巴斯德时代，他发现两种对映体在接触细菌时反应非常不同。从那时起，各种研究人员试图在实验室中复制同手性，目的是了解其自发起源并将这些知识应用于各种目的的受控反应的设计。然而，早期实验产生了等量的两种变体，未能重现自然界中观察到的选择性。上世纪初，德国化学家威利·马克瓦尔德设计了一种不对称反应，能够产生稍微多一点的两种版本中的一种。他使用手性催化剂实现了这一目标，手性催化剂是一种促进化学反应而不被消耗并有利于形成一种对映体的物质。然而，两种变体之间的比例仅发生了一点变化。后来，在 1953 年，理论物理学家 Charles Frank 提出了一个数学模型，概述了再现同手性的三个条件。首先，必须存在一种不对称反应，能够有利于这两种版本中的一种；这种不平衡必须被放大；反应本身必须产生驱动它的催化剂。最后一个特征称为自动催化，并产生一种正反馈循环，其中一个小的初始优势可以导致其中一个变体以更快的速度组装，直到它主导反应。这个框架构成了亨利·卡根研究的基础。从 20 世纪 80 年代初开始，他专注于通过对催化剂的详细研究来改进不对称反应。当时，科学家通常使用由作为反应驱动力的金属原子和确保该过程不对称的手性物质组成的催化剂。他们假设，如果使用包含等量该手性分子的两种版本的混合物，结果也将是平衡的混合物。