Kenso Soai谈诺贝尔化学奖突破，并计划研究分子不对称的成因

从微小的不平衡到诺贝尔奖

日本化学家Kenso Soai的实验将几乎等量的分子镜像异构体混合物转变为一种形式占主导的产物。2026年10月20日，他在东京向听众表示，希望研究是什么引发了这些不平衡。约2,000人参加了日本化学会主办的讲座，其中包括线上参与者。

此次讲座是在瑞典皇家科学院10月7日宣布Soai将与法国化学家Henri B. Kagan共同获得2026年诺贝尔化学奖之后举行的。两人的发现解释了化学反应如何放大对某一种分子形式的微弱偏好，帮助化学家理解生物体的一项标志性特征，并设计用于药物研究的反应。

瑞典皇家科学院在化学奖公告中，将非线性效应和不对称有机合成中的自催化现象的发现归功于两人。通俗地说，他们找到了一些方法，让反应生成的某一种分子镜像异构体多于另一种；有时，产物还能帮助生成更多自身。

76岁的Soai是东京理科大学名誉教授。Kagan是法国巴黎南大学名誉教授。两人将平分1,200万瑞典克朗奖金，各得600万克朗。

在东京的讲座上，Soai在问答环节谈到了自己接下来的研究兴趣：

我希望研究可能导致左右不平衡的各种原因。

他的这番话将话题延伸至10月7日的获奖公告之外：这些实验解释了微小差异如何逐渐扩大，而最初差异可能由什么引起，仍是他希望探索的课题。

分子为何会有左旋和右旋之分

有些分子包含相同的原子，原子连接顺序也相同，却有两种互为镜像的排列方式。它们就像左手和右手，无法叠放到每个部分都完全重合。化学家将这种性质称为手性，将这两种分子形式称为对映体。

生物体能够区分这些形式，因为其分子机制具有特定形状。适合某种生物结构的分子，在排列方式反转后，可能会与该结构发生不同的相互作用。这种差异会影响药物的活性，甚至影响物质的气味：香芹酮的两种形式分别闻起来像留兰香和葛缕子。

活细胞中的蛋白质几乎只使用一种手性的氨基酸，而DNA和RNA中的糖也具有一致的手性。最简单的氨基酸甘氨酸是个例外，因为它没有一对彼此不同的镜像形式。生物体广泛使用同一种形式的现象称为同手性，即具有相同的手性方向。

除非有某种因素引导，实验室反应通常会生成两种形式的等量混合物。科学家面临的难题是，最初平衡的化学体系如何形成强烈偏好。Kagan展示了催化剂如何放大这种偏好；Soai则开发出一类反应，让偏好随着反应生成更多催化剂而逐步增强。

Kagan发现混合催化剂的表现可能超出预期

Kagan于1986年取得关键突破。催化剂能帮助化学反应进行，而自身不会在反应中被消耗。在不对称催化中，催化剂的分子形状有助于引导反应生成某一种镜像异构体。

化学家原本认为，催化剂中两种形式的比例与产物中两种形式的比例之间应当存在简单的对应关系。Kagan发现，这种关系可能偏离预期，产生比催化剂组成所暗示的更强偏好。这种偏离称为非线性效应。

一种解释涉及活性结构中含有成对分子助剂的催化剂。混合物可以形成两种手性相同的配对，也可以形成各含一种手性的错配配对。在某些反应中，错配配对的活性要低得多，因此大部分反应由手性相同的配对完成。

以一种形式有75个助剂、另一种形式有25个的混合物为例。如果它们随机配对，手性相同的配对比例为75的平方比25的平方，也就是9比1。如果错配配对的贡献很小，那么活性配对的比例相当于90比10。起初不大的偏好因此会转化为更强的化学影响。

Kagan的发现既为研究人员提供了实用工具，也提供了一种研究催化剂的方法。催化剂组成与产物组成之间的关系曲线，可以揭示分子如何在反应容器中组装并发挥作用。

Soai让反应帮助生成自身

Soai的下一步是实现不对称自催化。自催化是指反应产物帮助催化更多同种产物的生成。如果这一过程还偏向生成与产物自身具有相同手性的形式，那么微小的初始优势就能通过反馈进一步推动产物生成。

瑞典皇家科学院的科学背景文件将一项早期成果追溯至1990年。Soai使用了二异丙基锌和吡啶-3-甲醛，并以反应自身生成的醇制备催化剂。

该实验展示了自催化现象，也显示出对一种镜像异构体的偏好。但它有一个不足：偏好反而减弱了。催化剂的对映体过量为86%，而产物的过量只有35%。

对映体过量通常简称ee，用来衡量两种形式所占比例的差异。一种形式占75%、另一种占25%的混合物，其ee为50%。等量混合物的ee为零，而只含一种形式的产物ee为100%。

因此，Soai在1990年的成果表明，反应可以再生自身的催化剂，但也稀释了最初的偏好。五年后，他的团队发现了一种使用嘧啶-5-甲醛的反应，产物的对映体过量高于催化剂。此时，反馈增强了偏好，而不是削弱它。

这些醒目的纯度数据究竟意味着什么

Soai在1995年的实验以使用ee为5%的材料制备的催化剂开始。第一轮产物的ee达到55%。将所得材料用于另一轮反应后，数值升至87%；连续进行五轮后，ee达到90%。

ee从5%升至90%，意味着混合物从两种形式分别占52.5%和47.5%，变为占95%和5%。起始混合物接近平衡；最终混合物中，优势形式与其镜像形式的分子数量之比为19比1。

后来的一项实验以ee仅为0.00005%的配体为起点。配体是一种用于制备催化剂的分子。连续反应三轮后，产物ee超过99.5%。这意味着优势形式占比超过99.75%，另一种形式不到0.25%。

瑞典皇家科学院称，这一结果使立体异构体比例放大了630,000倍。这个数字描述的是分子形式之间的相对比例，而不是生成物质的数量。

诺贝尔奖公告将Soai于2003年展示的一项反应视为里程碑：该反应只形成两种可能镜像异构体中的一种。这些实验共同表明，反复的化学反馈能够将几乎难以察觉的不平衡推向同手性。

随机因素可能让任一种分子形式占优

Soai还研究了未添加手性来源的反应。在这类实验中，微小的统计波动可能让一种形式取得优势，随后由反应将其放大。

瑞典皇家科学院科学背景文件记载的37次实验中，18次偏向标记为R的形式，19次偏向S。产物ee介于15%至91%之间。两种结果的次数接近，说明任一种形式都可能占据优势。

字母R和S用于标识分子构型，让化学家无需依赖左右手的图示，也能准确命名两种排列方式。在这些实验中，单次反应都形成了偏好，但整个实验序列并未整体偏向任何一种构型。

瑞典皇家科学院还将利用Soai反应独立展示对称性破缺的成果归功于Daniel Singleton。对称性破缺是指原本平衡的体系出现不均等结果。

诺贝尔化学奖委员会主席Heiner Linke在宣布获奖时这样评价这项成就：

Henri Kagan和Kenso Soai为一个延续了一个多世纪的化学谜题提供了解答：同手性如何自发形成。他们开发的化学反应令人瞩目。

瑞典皇家科学院对这一反应与生命起源的关联作出了明确限定：它展示了在实验室中实现同手性的一条化学途径，但水环境中生物手性如何起源仍是一个未解问题。该院的科学背景文件指出，Soai反应与水溶液体系中生物同手性的出现无关。

药物研发者为何关注这种差异

药物开发让分子手性具有直接的现实意义。化合物的两种形式可能与人体产生不同的相互作用，因此生产商可能需要一种能够稳定制得目标形式的工艺。

曾在Kagan实验室工作过的德里大学教授Kovuru Gopalaiah解释说，放大效应可以减少对极高纯度催化剂的需求。在适用的工艺中，使用纯度约为70%的材料，而非99%的材料，可能降低纯化成本。一个被引用的默克案例显示，该公司以纯度为70%的起始材料制得了纯度为95%的化合物L-699,392。

印度对这类生产改进有着重要需求。讨论该奖项时引用的一份印度使馆宣传册称，按供应量计算，印度约占全球仿制药供应的20%。具体能节省多少，取决于反应和生产工艺；诺贝尔奖得主的发现提供了相关原理，化学家可以在设计工艺时加以检验。

沙利度胺说明，药物安全不仅仅是选择一种分子形式的问题。这种药物会造成严重出生缺陷，并于1961年从市场撤下。印度理工学院马德拉斯分校化学系主任G Sekar解释说，它的两种形式能够在人体内相互转化。因此，药物的表现不仅取决于生产出来的材料，也取决于给药后发生的变化。

是否使用单一分子形式，取决于安全性、疗效和监管要求。Kagan和Soai的发现帮助化学家控制产物，为药物研究人员提供更精准的起点，以开展相关评估。

奖项背后的重要进展

诺贝尔奖对数十年来取得的发现予以肯定。Kagan证明，催化剂的分子不平衡可以被放大；Soai则构建了能够通过反复生成产物来增强这种不平衡的反应。

• 1986年：Kagan展示了不对称催化中的非线性效应。
• 1990年：Soai发表了一种不对称自催化反应，但产物的ee低于催化剂。
• 1995年：Soai及其同事展示了能够提高ee的自催化反应，连续进行五轮后达到90%。
• 2003年：诺贝尔奖公告将Soai展示只形成一种镜像异构体的反应定于这一年。
• 2026年10月7日：瑞典皇家科学院宣布两人共享化学奖。
• 2026年10月20日：Soai在东京讲座上谈及该反应和未来研究。
• 2026年12月10日：诺贝尔奖颁奖典礼计划在斯德哥尔摩举行。

Soai计划出席斯德哥尔摩的颁奖典礼，并发表演讲，介绍自己的研究以及法国化学家和微生物学家Louis Pasteur的贡献。Pasteur的工作帮助人们在19世纪确立了分子不对称的概念。

Soai仍专注于基础实验

Soai在家附近购物时得知自己获奖。他后来感谢同事和学生，称正是他们的支持让这项实验工作得以持续，并最终促成了如今以他名字命名的反应。

东京讲座结束后的新闻发布会上，Soai谈到了推动这项研究的好奇心：

我对基础，或者说根本性的问题感兴趣。

他计划开展的研究将回到这一过程的起点：是什么因素能产生微小的左旋或右旋偏好，并由自催化将其放大。诺贝尔奖表彰了已经开发出的反应，而他在东京的发言表明，最初的不平衡仍有待研究，他也希望继续探索。

要点

• Kenso Soai和Henri B. Kagan共同获得2026年诺贝尔化学奖，并平分1,200万瑞典克朗奖金。
• Kagan揭示，催化剂产生的分子偏好可能强于其组成所显示的程度。
• Soai开发出能够帮助生成更多自身、同时增强这种偏好的反应。
• 一项实验在连续三轮反应中将ee从0.00005%提高到99.5%以上。
• 10月20日，Soai在东京的一场讲座上表示，他希望研究分子不平衡的可能成因。
• 这些发现有助于药物化学，并推动关于同手性的实验室研究。
• Soai计划出席12月10日在斯德哥尔摩举行的诺贝尔奖颁奖典礼。