2026诺贝尔化学奖：分子的“左右手”，如何从微小偏向走向单一手性？

2026 年 10 月 7 日，瑞典皇家科学院宣布，将今年诺贝尔化学奖授予法国化学家Henri B. Kagan和日本化学家Kenso Soai，表彰他们发现“不对称有机合成中的非线性效应与自催化”。[1]

这句话看起来抽象，背后却有一个具体问题：当一个分子能够生成两种互为镜像的形式时，化学反应为什么能够越来越偏向其中一种？

两位获奖者的研究，让我们看到一个微小的起始差异怎样被放大，最终得到几乎单一的分子“左右手”。这既是精细合成的重要问题，也触及生命化学为什么具有单一手性的深层疑问。

01 分子也有“左右手”，而身体会辨认它们

把左手放在右手旁边，两只手的结构相似，却无法仅靠旋转就完全重合。有些分子也如此：原子种类、连接方式相同，空间排列互为镜像，而且不能重合。这种性质叫手性；这一对分子称为对映体。

在没有手性因素参与的环境中，两种对映体的许多物理性质相同。进入由手性分子组成的环境后，它们与酶、受体或催化剂的结合方式却可能不同，反应速率和生物作用也可能不同。[6]

可以把这种识别理解为手套：同样的材质和大小，左右手套对同一只手的适配仍然有区别。这个比喻帮助理解空间匹配，但真实分子识别还涉及多点相互作用与动态构象。

对药物而言，控制“生成哪一种对映体”因此成为合成设计的一部分。具体药物中两种对映体的作用需要逐项验证，不能一概说成“一种有益、另一种有毒”。

要衡量偏向有多强，化学家使用对映体过量，简称 ee。[8]

ee = 两种对映体数量之差 ÷ 两者数量之和 × 100%。

例如，一份样品中 R 与 S 的比例为 60∶40 ， ee 就是 20%；比例为 95∶5 ， ee 就是 90%。完全等量的 50∶50 称为外消旋混合物， ee 为 0%。这里的数值只用于解释定义，属于计算示例。

R/S 是空间构型的命名。它与 D/L 命名、旋光方向的正负不能直接互换，“左右手”只是帮助理解手性的比喻。

图 1 ｜手性与对映体的概念示意。颜色表示不同取代基，不对应具体化合物；未指定 R/S 构型。

02 Kagan 的发现：催化剂的偏向，未必按比例传给产物

不对称催化，是让催化剂帮助反应优先形成某一种对映体。一个直觉是：催化剂越接近单一手性，产物的手性偏向越强；催化剂若混入更多镜像形式，选择性就按比例下降。

Kagan 与合作者 1986 年的工作显示，真实关系可以偏离这条直线。[2][7]

在一些体系中，催化剂只有一定程度的手性偏向，产物却表现出超出线性预期的 ee 。这是正非线性效应，能够形成不对称放大。另一些体系则出现负非线性效应，产物偏向低于线性预期。

理解这一点，可以想象催化剂进入反应液后会“组队”。若两种镜像形式组成的队伍，与同一种形式组成的队伍具有不同活性，真正承担反应的活性物种组成，就不再等同于最初投入的总组成。

这种“组队”是常见解释之一。实际体系可能涉及不同聚集态、平衡和反应速率；看到一条弯曲的 ee 关系，并不能直接确定唯一机理。[7]

这项发现带来两层价值：一是某些反应能够利用不完全对映纯的催化体系获得较高选择性；二是研究者可以通过测量“催化剂 ee—产物 ee”关系，寻找活性物种与催化过程的线索。

分子间怎样协同，可能比投入了多少某种分子更关键。

03 Soai 的推进：产物加入催化，偏向开始自我放大

Soai 与合作者 1995 年发表于《 Nature 》的研究，进一步展示了不对称自催化与 ee 放大。[3]

一般催化反应中，催化剂与目标产物是不同角色。自催化反应的特殊之处在于：反应生成的产物，又能参与促进后续产物形成。

在经典 Soai 体系中，特定嘧啶醛与二异丙基锌反应，生成具有手性的醇。反应条件下形成的锌醇盐物种参与催化，使同一类手性醇继续生成。若某一对映体起初略占优势，后续反应可以继续放大这个偏向。[3][5]

可以用一个简化循环表示：

少量偏向某一构型的产物 → 参与催化 → 生成更多同构型产物 → 增强催化作用 → 手性偏向进一步扩大。

这里有两个必须同时满足的条件：产物促进自身形成，而且催化过程能放大手性差异。仅仅“反应越来越快”，并不足以保证最终走向单一手性。

真实活性物种也不是一个游离醇分子在“复制自己”。 2020 年的《 Nature Chemistry 》研究结合结构、动力学与计算，提出特定相关体系中锌醇盐四聚体的催化结构与底物结合方式，并解释其非线性行为。[5]

因此，正反馈是帮助理解现象的框架；精确机制仍要回到聚集体结构、物种活性和具体实验条件。

图 2 ｜不对称自催化中的正反馈。图标与颜色仅区分概念，不是实际分子结构或测量数量；真实活性物种见文献[5]。

图源：诺奖官网

04 一个有力度的结果：约 0.00005% ee ，放大到大于 99.5% ee

2003 年， Sato 、 Soai 等人在《 Angewandte Chemie International Edition 》报告：起始约0.00005% ee的手性偏向，经三轮反应放大，最终达到大于 99.5% ee。[4]

这组数字的意义在于，起始样品几乎是两种对映体各占一半，最终却高度偏向其中一种。

将 ee 换算为组成，优势对映体占比等于（ 100%＋ ee ）÷2 。因此，大于 99.5% ee ，对应优势对映体占比大于 99.75%，而不是 99.5%。这是由定义得到的计算结果。

同时，高 ee 只描述两种对映体之间的比例。它不等于样品总化学纯度，也不等于反应收率，更不能单独证明工艺经济性。

原论文还说明，极低起始 ee 样品通过将高 ee 组分加入外消旋样品、进行定量稀释来制备。这种微小差异低于当时常规分析手段的直接检测能力；实验设计及两种相反构型的对应验证，是判断放大效应的关键。[4]

研究节点

核心进展

回答的问题

1986 ， Kagan 等

不对称合成中的非线性效应

催化剂与产物的手性偏向为何不成比例？

1995 ， Soai 等

不对称自催化与 ee 放大

产物能否参与促进自身形成并放大偏向？

2003 ， Sato 、 Soai 等

极低初始 ee 经三轮达到大于 99.5% ee

微小偏向能否成为高度对映富集？

上述节点分别依据原始论文与官方公告整理；并非完整学术史。

05 为什么这与生命有关？关键是“单一手性”

生命中的分子具有鲜明的手性偏好：细胞蛋白质主要使用 L 型氨基酸，甘氨酸因没有手性中心而属于例外。这里讨论的是蛋白质组成中的手性偏好，不能扩大为“自然界所有氨基酸都只有一种形式”。[9]

这个现象提出了一条问题链：最初的偏向怎样产生？偏向怎样避免被稀释？又怎样扩大并进入生命化学？

Soai 反应提供了其中“放大”环节的实验模型：一套化学反应能够把很小的对映体失衡，逐步推向接近单一手性的状态。[3][5]

这让单一手性的形成成为可以设计、测量和分析的问题。它同时保留着明确边界：实验室模型成立，并不证明早期地球曾使用相同底物、二异丙基锌试剂和反应环境。 相关综述特别指出，二烷基锌试剂并不适合直接设定为含水、有氧前生物环境中的反应物。[9]

生命起源研究仍需连接最初偏向、可行环境与后续生物选择。诺奖表彰的成果为其中提供了重要机制，不意味着这整条历史已经被还原。

手性药物示意图

06 对制药与材料研究，真正带来了什么？

对合成研发而言，非线性效应提示我们：催化剂的名义组成不一定等于活性物种组成。评估手性反应时，需要同时关注选择性、速率、聚集平衡与杂质影响，才能解释为什么某些体系对配方或条件的微小变化异常敏感。[7]

不对称自催化则展示了另一种设计思路：把产物纳入反应调控，通过反馈改变产物分布。 ACS 在今年获奖公告中强调了这些发现对控制分子手性，以及药物和材料研究的意义。[6]

工程应用仍要逐个体系评价。 Soai 模型反应不能直接等同于所有手性药物的生产路线；高 ee 也需要与收率、试剂可操作性、放大稳定性和成本一起讨论。

对关注材料的读者，今年诺奖提供了一个有用视角：材料与分子的最终状态，除了取决于组成，也可能取决于组分之间的相互作用，以及形成过程中的反馈。

从微小偏向到高度有序，中间并非只有偶然。 Kagan 与 Soai 把其中一条放大路径变成了可观察、可解释的化学。

资料与原始文献

1. 瑞典皇家科学院： 2026 诺贝尔化学奖官方公告[1]， 2026-10-07 。

2. Puchot C., Samuel O., Duñach E., Zhao S., Agami C., Kagan H. B. Nonlinear effects in asymmetric synthesis. Examples in asymmetric oxidations and aldolization reactions. J. Am. Chem. Soc.108, 2353–2357 (1986). DOI: 10.1021/ja00269a036[2]。

3. Soai K., Shibata T., Morioka H., Choji K. Asymmetric autocatalysis and amplification of enantiomeric excess of a chiral molecule. Nature378, 767–768 (1995). DOI: 10.1038/378767a0[3]。

4. Sato I., Urabe H., Ishiguro S., Shibata T., Soai K. Amplification of Chirality from Extremely Low to Greater than 99.5% ee by Asymmetric Autocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed.42, 315–317 (2003). DOI: 10.1002/anie.200390105[4]。

5. Athavale S. V., Simon A., Houk K. N., Denmark S. E. Demystifying the asymmetry-amplifying, autocatalytic behaviour of the Soai reaction through structural, mechanistic and computational studies. Nat. Chem.12, 412–423 (2020). DOI: 10.1038/s41557-020-0421-8[5]。

6. ACS ： 2026 年诺贝尔化学奖获奖评论[6]， 2026-10-07 。

7. Satyanarayana T., Abraham S., Kagan H. B. Nonlinear Effects in Asymmetric Catalysis. Angew. Chem. Int. Ed.48, 456–494 (2009). DOI: 10.1002/anie.200705241[7]。

8. IUPAC Gold Book ：对映体过量定义[8]。

9. Blackmond D. G. The Origin of Biological Homochirality. Cold Spring Harb. Perspect. Biol.2, a002147 (2010). DOI: 10.1101/cshperspect.a002147[9]。

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