诺贝尔化学奖揭晓：他们分清了分子“左右手” | 新京报快评

卡甘和硖合宪三的贡献是，通过发明独特的手性催化机制，制造出特定“左手性”或“右手性”分子。

▲当地时间10月7日，瑞典皇家科学院宣布，将本年度诺贝尔化学奖授予科学家亨利·B·卡甘和硖合宪三。图/央视新闻

文 | 张田勘

据新华社报道，瑞典皇家科学院10月7日宣布，将2026年诺贝尔化学奖授予科学家亨利·B·卡甘和硖合宪三，以表彰他们发现不对称有机合成中的非线性效应和自催化现象。

世间万物都由原子和分子组成，而有些物质的分子，比如氨基酸，会以互为镜像的两种变体形式存在。但在某些生物体或物质中中，只含有这两种镜像分子中的一种，这种化学不对称性的成因，长期以来一直是化学家们急于解开的谜题。

此外，还有一个问题困扰着化学家：当他们开展能够生成两种镜像分子的化学反应实验时，在试管中得到的永远是两种镜像分子的等比例混合物，而化学家们一直希望只生成其中一种。这是因为，在开发可与生物体发生相互作用的分子（比如药物）时，两种镜像分子中只有一种能产生预期效果。

卡甘和硖合宪三的贡献是，发现了控制和制造镜像分子的方式。他们通过发明独特的手性催化机制，让化学家能够随心所欲地成批制造出人们需要的特定“左手性”或“右手性”分子。

大幅降低原料药的试剂成本

1986年，卡甘发现，如果设计出一种具有特定对称性，如C2对称性的手性催化剂，就能像一把精准的“左手剪刀”或“右手剪刀”，专门裁剪或催化出单一镜像的分子。C2对称性是指，一个分子绕着某条轴旋转180度后，得到的新结构与旋转前的初始结构完全重合、一模一样，那么这个分子就具备C2对称性。

过去，化学家认为催化剂的对映纯度与产物的对映纯度是线性的。但卡甘证明，即使手性催化剂本身不够纯（是左、右手性混合的），但在化学反应中它们也会自组装，产生“手性放大”现象，因而能高纯度地生产出单一种类的镜像分子。卡甘发现的这种操控化学反应的新方法，能制造出比此前预想更多的单一镜像化合物。

硖合宪三的重要贡献在于，1995年他发现了硖合反应，即“不对称自催化反应”。这一发现完美解释了化学合成中的“非线性效应”与手性放大。在传统的化学反应中，如果原料没有手性，往往会生成50:50的手性对映异构体，即外消旋体。但硖合宪三采用嘧啶-5-甲醛与二异丙脑锌的加成反应打破了外消旋体的结果。

该反应中生成的产物——手性嘧啶醇，本身就是这一反应极其高效的“不对称催化剂”。如果在反应之初，体系中只存在微乎其微的某种对映体，产物分子也会像细胞分裂一样进行自我复制，并不断加速促进相同手性产物的生成。随着反应进行，微小的差异被成倍放大，最终能获得大于99.5%纯度的单一手性镜像异构物。

过去，科学家普遍认为同手性只能依赖生命体本身才能形成。但卡甘和硖合宪三证明，即便在非生命的化学世界里，仅仅依靠微弱的初始物理信号，如圆偏振光、手性石英晶体表面，甚至是氮-14与氮-15这种原子同位素的极其微小的质量差异，都足以通过不对称自催化，最终产生出一个完全单一的手性世界。

重塑人类对药物的认知和监管

卡甘和硖合宪三的发现的意义是多方面的，既能解释生命起源的世纪谜题，也为现代工业和制药业带来生产力的突破性提升，同时还能避免健康与生命等意外悲剧。

他们的发现能大幅降低药物的生产成本和提高药物研发的速度。在制药领域，分子的“手性”（左手型与右手型）至关重要。许多药物分子的一半（镜像）是治病的良药，而另一半可能毫无药效。

过去，为了得到纯净的单一手性药物，必须使用昂贵、高纯度（通常在99%以上）的手性催化剂，极大限制了工业规模化生产。

但是，卡甘发现，催化剂的纯度与产物的纯度不需要等比例对应（即非线性）。即便工厂使用的是低纯度、廉价的不对称催化剂，只要利用正非线性效应（不对称放大），依然能生产出极高纯度的单一手性药物。这能大幅降低原料药的试剂成本，简化纯化步骤。现在的抗艾滋病药物依非韦伦（Efavirenz）的合成中，就成功应用了不对称自催化这一关键步骤。

卡甘与硖合宪三的合成理论，也直接赋能香精香料行业以及农药（农业化学品）行业。人类的嗅觉、味觉受体以及植物的生理受体同样具有极强的手性识别能力。有的香精分子右手型闻起来像柑橘味，但左手型则是松节油味。依靠不对称自催化和放大效应，企业能够精准地生产出符合生物安全、气味纯正的单一化学品，避免无效异构体对环境造成的污染和负担。

卡甘与硖合宪三的发现，还能帮助避免健康与生命悲剧。人类历史上曾发生过与手性药物分子相关的著名悲剧，也就是沙利度胺（反应停）事件。

20世纪50年代中期，德国格兰泰制药公司研发出一种名为沙利度胺（Thalidomide，商品名反应停）的药物。它具有极好的镇静催眠作用，特别是对孕妇早期的妊娠呕吐有立竿见影的缓解效果。当时该药被宣传为“绝对安全”“毫无毒副作用”。因此，该药迅速风靡欧洲、亚洲、非洲等几十个国家。

但是，从20世纪50年代末到20世纪60年代初，服用过反应停的孕妇开始产下大量的畸形儿，也称海豹肢症。婴儿的四肢发育严重受阻，手脚直接长在躯干上，甚至完全没有四肢，形状酷似海豹。据不完全统计，全球因服用反应停诞生了超过10000名“海豹胎”，其中约40%的婴儿在出生前后夭折，还有数万名孕妇经历了流产或死胎。

悲剧发生的原因是，当时人们对“手性异构体”在生物体内的反应还缺乏深刻的认识。沙利度胺是一个典型的具有手性中心的分子，它存在两种镜像异构体。右手型（R-沙利度胺）具有镇静、止吐的有效成分。而左手型（S-沙利度胺）是强烈的致畸剂，会严重干扰胎儿血管的生长（抑制血管生成），导致胎儿四肢无法正常发育。

当时格兰泰公司出售的反应停是两种手性分子的混合物（外消旋体）。这就顺理成章地产生了一个疑问，当年只提取纯的“右手型（R型）”给孕妇吃，是不是就会避免悲剧的发生。

答案仍然是否定的。后来的研究发现，沙利度胺在人体血液的酸碱环境中极不稳定。即使只吃纯的安全的右手型（R-沙利度胺），它在体内也会自发地转化为左手型（S-沙利度胺），在化学上这叫作体内手性消旋化。因此，只要是这个分子，孕妇就绝不能碰。

沙利度胺悲剧是极其痛苦的，但它彻底重塑了人类对药物的认知和监管。化学界也意识到必须发展出“不对称合成”技术，即只合成某一只“手性分子”，而完全不生成另一只“手性分子”，并且必须严格测试每一种手性异构体的毒性。

所以，任何新药上市前，必须经过极其严格的三期临床试验，并强制要求手性药物必须查明两种对映体的各自疗效与毒性。

撰稿 / 张田勘（科普专栏作家）

编辑 / 徐秋颖

校对 / 杨许丽