化学如何学会偏向一种镜像形态
日本化学家Kenso Soai和法国化学家Henri B. Kagan因发现化学反应如何偏向分子的两种镜像形态之一，共同荣获2026年诺贝尔化学奖。他们的研究回应了一个关于生命化学的长期谜题：为什么许多重要的生物分子几乎都只以两种可能形态中的一种存在。
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瑞典皇家科学院周三在斯德哥尔摩宣布了这一奖项。颁奖词称，两人的工作是“发现非线性效应和不对称有机合成中的自催化现象”。1200万瑞典克朗奖金将由两位获奖者平分。颁奖典礼定于12月10日在斯德哥尔摩举行，这一天是阿尔弗雷德·诺贝尔逝世纪念日。
东京理科大学名誉教授Soai在家附近购物时得知获奖消息。他在与诺贝尔委员会通话时称，这是他人生中最令人振奋的日子之一，并表示很高兴与巴黎第十一大学（现名）名誉教授Kagan分享这一荣誉。在之后的大学新闻发布会上，Soai感谢了学生和同事，称他们的帮助对自己的研究至关重要。
这一奖项表彰了具有实际价值的基础研究，相关成果可供开发药物、材料、香料及其他化合物的化学家使用。奖项也凸显了一种实验室反应：它为研究生命特有的分子手性可能如何形成提供了途径，不过研究人员提醒，这种反应本身并不被视为早期地球化学的直接模型。
分子手性是什么意思？
有些分子存在两种形态，它们的原子连接顺序相同，但排列方式互为镜像。就像左手和右手一样，两者无法完全重叠，使每个部分都一一对应。化学家将这种性质称为手性，并将这两种形态称为对映体。
这种差异对生命系统可能影响重大。蛋白质几乎完全由L型氨基酸构成，而DNA和RNA中的糖则具有相反的D型构型。由于包括蛋白质在内的生物结构本身具有手性，分子的两种形态与人体相互作用的方式可能不同。药物的一种形态可能产生预期效果，而其镜像形态的效果可能较弱或有所不同，也可能带来不良副作用。
因此，手性不仅是分子几何结构中的抽象特征，也是药物开发中的实际考量。它还引出了一个关于生命起源的引人注目的问题：许多能生成手性分子的普通反应，会产生数量大致相等的两种镜像形态。那么，生命为何会如此依赖许多生物构件中的一种形态？
这个谜题由来已久。19世纪，路易·巴斯德分离出酒石酸晶体的两种形态，并发现它们的溶液会使偏振光向相反方向旋转。他的实验帮助人们确认，有些分子存在互为镜像的形态。后来的研究发现，细菌可以消耗一种形态的酒石酸，却不触碰它的镜像形态，显示出生物化学具有非同寻常的选择性。
Kagan如何改变了人们的认识？
一个关键的理论观点来自1953年。当时，物理学家Charles Frank描述了这样一种情况：如果某个反应能生成自身的手性催化剂，那么它就可能放大最初的微小不平衡。催化剂能够加快反应而不被消耗。如果反应产生更多有利于某种镜像形态的催化剂，这种催化剂便可能反过来帮助生成更多相同形态的产物。
几十年来，这一设想一直难以在实验室中实现。Kagan的研究提供了答案中的重要一环。1986年，他和同事发现，催化剂的手性与产物的手性之间并不总是简单的一对一关系。某种催化剂形态只占少量优势，也可能使某种产物形态的比例大幅增加。
这被称为非线性效应，指的是结果不会与初始不平衡程度成正比地变化。在某些反应中，催化剂分子可以通过不同方式配对。如果手性相反的分子组成的混合配对，其反应效率低于手性相同的配对，那么反应对某种产物的偏好就可能比催化剂混合物本身所显示的更强。
Kagan的发现对合成化学家意义重大，因为它表明，有时即使起始催化剂的纯度没有那么高，也能制得高度偏向某一种形态的产物。这也为研究人员提供了一种思路，帮助他们理解化学体系中的微小偏向如何逐渐扩大。他的研究将一种数学上的可能性转化为化学家能够通过实验检验的问题。
Soai反应为何是一个突破？
Soai进一步探索了一种可能性：反应产物可以充当催化剂，促使更多自身生成。这个过程称为自催化。如果产物具有手性，并且能优先生成自身的镜像形态，那么通过反馈循环，反应就可以放大微小的不平衡。
Soai和同事于1990年报告了一种早期的自催化反应。1995年，他们发表了相关反应，并由此发展出具有里程碑意义的Soai反应：一种手性产物催化自身生成，并能提高某一对映体的占比。2003年，该团队报告了一种改进版本，能够将极其微小的初始不平衡放大，最终使一种对映体占产物的99.75%。
这一实验结果表明，在不依靠外部手性分子来决定哪种形态占优势的情况下，反应也可以趋近于只生成一种形态。诺贝尔化学奖委员会主席Heiner Linke表示，Kagan和Soai“为一个存在了一个多世纪的化学谜题提供了解答：均手性如何自发形成”。均手性是指一个体系主要采用两种可能分子形态中的一种。
人们常将这种反应与生命起源联系起来，但需要对这种联系加以限定。Soai反应展示了化学反馈如何放大微小的不平衡。研究人员指出，这种反应需要特定试剂和条件，包括与水不相容的条件，因此不太可能在前生物地球上以完全相同的方式发生。它的重要性部分在于展示了一种原理，研究人员可以将其与其他可能导致分子不对称的途径进行比较。
这项研究为何不止关乎生命起源
控制分子手性是制造许多药物和其他有用化学品的关键。能够选择性生成一种对映体的反应，可以减少之后分离混合物的需要，并帮助制造商生产性质更可预测的化合物。诺贝尔奖表彰的正是推动化学家理解和设计这类反应的发现。
药物发展史凸显了其中的重要性。沙利度胺于20世纪60年代初被用于治疗孕吐，后来与严重出生缺陷有关。之后的研究引起人们对其镜像形态在生物学效应方面存在差异的关注。这个例子常被用来说明化学家为何要研究手性，不过沙利度胺的生物学行为比“一种形态有害、另一种形态安全”这样的简单划分更为复杂。
其他常见分子也体现了镜像形态可能具有不同性质。例如，香芹酮的两种形态分别与薄荷和葛缕子气味相关。同一原理也会影响药物、杀虫剂和其他化合物与生物靶标的相互作用。分子的结构，包括它的手性，决定了它的作用。
Kagan和Soai的研究也属于不对称合成这一更广泛领域的发展。不对称合成是指引导反应生成特定对映体的实践。2001年诺贝尔化学奖授予William Knowles、野依良治和Barry Sharpless，以表彰他们在不对称催化方面的进展。Kagan和Soai研究的是一个相关但有所不同的问题：如何放大不平衡，包括通过能催化自身生成的产物来实现放大。
一项与日本有关的基础科学奖项
Soai于1950年出生于广岛县，在东京大学求学并获得理学博士学位。他曾在日本和北卡罗来纳大学从事研究，之后成为东京理科大学教授。2012年，他获颁日本紫绶褒章，目前为名誉教授。
在颁奖日举行的新闻发布会上，Soai将研究描述为持续进行实验、却无法预知能否得到预期结果的过程。他说，自己没有过多纠结于困难，因为发现新的实验事实会带来喜悦与惊奇。他还感谢了大学的研究环境以及与他共事的学生。
这是日本个人或机构连续第三年获得诺贝尔奖，此前日本获奖者分别于2024年和2025年获奖。Soai也是众多因有机化学研究而获认可的日本化学家之一。有机化学研究含碳化合物，其中包括蛋白质、糖和许多药物。
这项科学研究还有哪些未解之处？
这一奖项并未揭开生命特有的单一手性化学最初如何形成。它表彰了实验和概念上的进展，展示化学不平衡如何得到增强，但并未确定生命出现之前自然界中究竟发生了哪些过程。研究人员仍在探究其他机制，包括晶体、表面以及可能使一种形态占优的物理条件所产生的影响。
这一区分正是该研究的价值之一。Soai反应为不对称自催化提供了有力实例，而Kagan发现的非线性效应则有助于解释催化剂混合物为何能产生出乎意料的强烈偏向。两人的发现为化学家提供了研究分子手性的工具，既可用于实际合成，也可用于探讨生命起源。
Soai表示，他希望这份认可能够让更多人关注有机合成，并推动研究继续开展。诺贝尔奖表彰了一系列研究成果：它们始于一个已有百年历史的谜题，最终带来了一项引人注目的实验室演示——在适当条件下，化学反应能够偏向一种镜像形态，并不断强化这一选择。
要点
- Kenso Soai和Henri B. Kagan荣获2026年诺贝尔化学奖。
- 该奖项表彰了不对称有机合成中的非线性效应和自催化现象。
- Kagan于1986年发现，催化剂比例略有不平衡，就可能使反应产物的不平衡程度更大。
- Soai的反应展示了手性产物如何催化生成更多同一形态的产物。
- 这些发现有助于化学合成，并为研究生命的分子手性如何形成提供了模型，但尚未解开这一谜题。
