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破解百年化学谜题:2026 诺贝尔化学奖,解码生命分子的 “左右手” 之谜

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10 月 7 日,瑞典皇家科学院公布 2026 年诺贝尔化学奖得主:法国南巴黎大学亨利・卡根(Henri B. Kagan)与日本东京理科大学硖合宪三(Kenso Soai)。获奖理由为在不对称有机合成中发现非线性效应与自催化作用,二人联手解答了困扰科学界百年的难题:生命分子的同手性,究竟如何自发诞生。很多分子拥有一对镜像结构,如同人的左右手,无法完全重合,化学家称之为手性分子,一对镜像分子互为对映体。这就好比锁匠打造钥匙,每次都会同时产出两把镜像钥匙,仅有一把能够开锁,另一把不仅无效,甚至会损坏锁芯。药物研发中同样存在这个难题:不少药物分子的两种对映体,一种具备治疗效果,另一种却会带来毒副作用,轰动一时的反应停事件,正是手性分子引发的悲剧。生命世界存在一个独特特征 ——同手性。构成蛋白质的氨基酸几乎全部是同一种手性构型,糖类等生物分子也存在固定手性偏好。但常规化学反应里,生成手性分子时,两种镜像产物永远等量共存。化学家一直困惑:原始地球没有生命干预,为何生命会统一选择其中一类手性分子?这个疑问,悬置了一百多年。这个探索故事最早可以追溯到 19 世纪巴斯德的酒石酸实验。巴斯德在显微镜下分离出酒石酸两种镜像晶体,发现二者对偏振光作用相反;后续细菌发酵实验进一步证实,生命体系会选择性识别特定手性分子。由此,科学界意识到生命化学反应自带手性偏好。20 世纪初,马尔克瓦尔德首次实现不对称反应:借助手性催化剂,让反应优先生成某一种对映体。到 1953 年,理论物理学家查尔斯・弗兰克提出理论模型,想要自发产生同手性,反应必须同时满足三点:拥有手性催化剂、反应能放大手性偏向、反应产物可以充当催化剂实现自催化。该理论框架,成为本次诺奖成果的理论基石。卡根:发现非线性效应,放大微弱手性偏向上世纪 80 年代,卡根着手优化不对称合成。当时学界普遍默认:催化剂里两种对映体的比例,会线性传递到最终产物。卡根推翻了这一认知。他研究金属配位催化体系:金属离子可同时结合两个手性分子,形成三种组合催化剂:右 - 右、左 - 左、左 - 右。其中左 - 右混合型催化剂几乎没有催化活性,只有同构型配对的催化剂才能高效推动反应。举个例子:催化剂中右旋占 75%、左旋占 25%,分子随机结合后,活性催化剂几乎全部是右旋配对结构。哪怕催化剂仅有微弱的手性优势,产物的手性偏向也会被大幅放大。催化剂与产物手性比例不再是简单线性关系,也就是不对称反应的非线性效应。1986 年,卡根正式报道该现象,完成弗兰克模型第二项条件,为手性分子高效合成提供全新工具,在药物、香料、新材料制造领域意义重大。硖合宪三正是受此启发,继续推进研究。硖合宪三:自催化反应,从零创造手性硖合宪三在研究非线性不对称反应时发现,反应产物和催化剂结构高度相似,由此萌生构想:设计反应,让生成的产物反过来催化自身合成,实现自催化。经过大量筛选,他找到 5‑嘧啶基烷醇体系。1995 年实验中,反应初始仅有 2% 的对映体过量,反应结束后提升至 87%。2003 年,硖合宪三完成里程碑实验:从完全非手性原料出发,依靠反应本身随机波动产生的极微小手性偏向,通过自催化不断放大。初始仅 0.00005% 的微弱优势,经过多轮补加原料迭代,产物单一构型纯度突破 99.5%。反应启动时两种镜像分子同步生成,随机扰动让其中一方略微占优,自催化机制持续放大差距,最终近乎只产出单一手性分子。重复实验时,随机条件不同,胜出的对映体也可能互换。这是人类第一次在实验室,脱离生命体系,自发生成高度同手性分子。硖合宪三完整实现弗兰克模型全部条件,为理解生命起源阶段同手性如何诞生给出核心实验证据。诺奖成果的价值诺贝尔化学委员会主席海纳・林克评价:同手性自发起源是百年化学谜题,卡根与硖合宪三给出了答案。卡根发现的非线性效应,如今已是不对称合成的基础工具,帮助化学家高效制备高纯度手性药物、香精、农药。硖合宪三建立的自催化手性放大体系,虽不等同于原始生命化学过程,但证实无需生命参与,单纯化学反应就可以自发产生同手性。现在全球科学家,正沿着这条路线尝试合成手性氨基酸、糖类,进一步还原生命诞生之初的化学图景。

10 月 7 日,瑞典皇家科学院公布 2026 年诺贝尔化学奖得主:法国南巴黎大学亨利・卡根(Henri B. Kagan)与日本东京理科大学硖合宪三(Kenso Soai)。获奖理由为在不对称有机合成中发现非线性效应与自催化作用,二人联手解答了困扰科学界百年的难题:生命分子的同手性,究竟如何自发诞生。

很多分子拥有一对镜像结构,如同人的左右手,无法完全重合,化学家称之为手性分子,一对镜像分子互为对映体。这就好比锁匠打造钥匙,每次都会同时产出两把镜像钥匙,仅有一把能够开锁,另一把不仅无效,甚至会损坏锁芯。药物研发中同样存在这个难题:不少药物分子的两种对映体,一种具备治疗效果,另一种却会带来毒副作用,轰动一时的反应停事件,正是手性分子引发的悲剧。

生命世界存在一个独特特征 ——同手性。构成蛋白质的氨基酸几乎全部是同一种手性构型,糖类等生物分子也存在固定手性偏好。但常规化学反应里,生成手性分子时,两种镜像产物永远等量共存。化学家一直困惑:原始地球没有生命干预,为何生命会统一选择其中一类手性分子?这个疑问,悬置了一百多年。

这个探索故事最早可以追溯到 19 世纪巴斯德的酒石酸实验。巴斯德在显微镜下分离出酒石酸两种镜像晶体,发现二者对偏振光作用相反;后续细菌发酵实验进一步证实,生命体系会选择性识别特定手性分子。由此,科学界意识到生命化学反应自带手性偏好。

20 世纪初,马尔克瓦尔德首次实现不对称反应:借助手性催化剂,让反应优先生成某一种对映体。到 1953 年,理论物理学家查尔斯・弗兰克提出理论模型,想要自发产生同手性,反应必须同时满足三点:拥有手性催化剂、反应能放大手性偏向、反应产物可以充当催化剂实现自催化。该理论框架,成为本次诺奖成果的理论基石。



卡根:发现非线性效应,放大微弱手性偏向

上世纪 80 年代,卡根着手优化不对称合成。当时学界普遍默认:催化剂里两种对映体的比例,会线性传递到最终产物。卡根推翻了这一认知。他研究金属配位催化体系:金属离子可同时结合两个手性分子,形成三种组合催化剂:右 - 右、左 - 左、左 - 右。其中左 - 右混合型催化剂几乎没有催化活性,只有同构型配对的催化剂才能高效推动反应。

举个例子:催化剂中右旋占 75%、左旋占 25%,分子随机结合后,活性催化剂几乎全部是右旋配对结构。哪怕催化剂仅有微弱的手性优势,产物的手性偏向也会被大幅放大。催化剂与产物手性比例不再是简单线性关系,也就是不对称反应的非线性效应。1986 年,卡根正式报道该现象,完成弗兰克模型第二项条件,为手性分子高效合成提供全新工具,在药物、香料、新材料制造领域意义重大。硖合宪三正是受此启发,继续推进研究。

硖合宪三:自催化反应,从零创造手性

硖合宪三在研究非线性不对称反应时发现,反应产物和催化剂结构高度相似,由此萌生构想:设计反应,让生成的产物反过来催化自身合成,实现自催化。经过大量筛选,他找到 5‑嘧啶基烷醇体系。1995 年实验中,反应初始仅有 2% 的对映体过量,反应结束后提升至 87%。2003 年,硖合宪三完成里程碑实验:从完全非手性原料出发,依靠反应本身随机波动产生的极微小手性偏向,通过自催化不断放大。初始仅 0.00005% 的微弱优势,经过多轮补加原料迭代,产物单一构型纯度突破 99.5%。反应启动时两种镜像分子同步生成,随机扰动让其中一方略微占优,自催化机制持续放大差距,最终近乎只产出单一手性分子。重复实验时,随机条件不同,胜出的对映体也可能互换。这是人类第一次在实验室,脱离生命体系,自发生成高度同手性分子。硖合宪三完整实现弗兰克模型全部条件,为理解生命起源阶段同手性如何诞生给出核心实验证据。

诺奖成果的价值

诺贝尔化学委员会主席海纳・林克评价:同手性自发起源是百年化学谜题,卡根与硖合宪三给出了答案。卡根发现的非线性效应,如今已是不对称合成的基础工具,帮助化学家高效制备高纯度手性药物、香精、农药。硖合宪三建立的自催化手性放大体系,虽不等同于原始生命化学过程,但证实无需生命参与,单纯化学反应就可以自发产生同手性。现在全球科学家,正沿着这条路线尝试合成手性氨基酸、糖类,进一步还原生命诞生之初的化学图景。

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