据量子位报道,瑞典皇家科学院10月7日宣布,2026年诺贝尔化学奖授予法国巴黎第十一大学的亨利·卡根和日本东京理科大学的硤合宪三,以表彰他们在不对称有机合成中发现非线性效应与自催化。现年95岁的卡根曾在2001年与诺贝尔化学奖擦肩而过,时隔25年终于获奖。
诺贝尔化学委员会主席Heiner Linke表示,卡根和硤合宪三解决了一个困扰化学界上百年的谜团:生命的单一手性究竟是如何自发产生的。他称,两人开发的化学反应极其壮观。
手性指分子互为镜像但不能重叠。19世纪中叶,路易·巴斯德在酒石酸研究中发现对映异构体。生命体中的氨基酸多为左手性,DNA中的糖多为右手性。上世纪60年代反应停事件中,不同镜像分子导致上万名婴儿出生缺陷,使制药业需要单一手性合成。但试管合成通常得到左右各一半,如何让反应偏向一侧成为百年难题。
1953年,理论物理学家查尔斯·弗兰克提出数学模型,认为从无到有实现单一手性需满足三个条件:反应不对称且存在手性催化剂;有机制抑制劣势镜像并放大优势镜像;产物本身是催化剂,能自我复制并指数增长,即自催化。前一个条件对应的不对称催化研究曾获2001年和2021年诺贝尔化学奖,今年奖项则颁给后两个条件。
卡根在20世纪80年代研究金属催化剂机理时发现,一个金属中心往往同时结合至少两个手性配体,催化剂会形成右-右、左-左和左-右三种组合,其中左右混杂的异手性催化剂活性极低。1986年,他在《美国化学会志》报道三个表现出非线性效应的反应:产物中单一镜像的纯度可以超过催化剂本身的纯度。这实现了弗兰克模型的第二个条件,后来成为化学家判断反应机理、提高手性纯度的工具。
硤合宪三则攻克了自催化条件。他发现5-嘧啶基烷醇能催化自身生成。1995年,他发表实验:反应开始时一种镜像仅领先2%,结束后领先优势扩大到87%,这是首个不对称自催化反应,被称为Soai反应。2003年,他从完全不带手性的原料出发,初始随机领先可能只有0.00005%,但每加一次原料,优势占比就跳升,加料三次后超过99.5%,最终可达99.99%。诺贝尔官方科普文件称,除生命本身之外,此前没人做到过这件事。
亨利·卡根1930年出生于法国布洛涅-比扬古,1960年在法兰西公学院获博士学位,长期任职于巴黎第十一大学,是不对称催化领域的拓荒者,1971年开发出手性配体DIOP。2001年诺贝尔化学奖颁发给不对称催化领域时,卡根落选曾引发争议。硤合宪三1950年出生于日本广岛,毕业于东京大学,师从向山光昭,1979年获博士学位,随后在美国北卡罗来纳大学教堂山分校跟随Ernest L. Eliel从事博士后研究,1981年加入东京理科大学。据东京理科大学网站刊载的个人履历,他2010年至2015年担任吉林大学访问教授。
两人的工作已用于制药、香精、农药和新材料等行业,帮助药物分子只保留有效镜像,减少副作用和成本。Soai反应也被用于探索生命起源,全世界实验室正尝试据此造出同手性的氨基酸和糖,研究40亿年前生命如何选中一只手。