手性是什么？清华教授解读今年诺贝尔化学奖

瑞典皇家科学院7日宣布，将2026年诺贝尔化学奖授予法国科学家亨利·B·卡甘和日本科学家硖合宪三，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。

如何理解这项成果的意义？新京报记者采访了清华大学化学系教授、基础分子科学中心主任罗三中。他表示，这项成果作为理论工具，对于药物研发具有指导意义。

“少数派”能翻盘

要理解这项成果的意义，首先要回到一个问题：手性是什么？

有些分子的化学组成完全相同，却像人的左手和右手一样互为镜像，无论怎样旋转都无法完全重叠，化学家将这种性质称为“手性”。这种特性在生命体系中至关重要：构成蛋白质的氨基酸几乎全部是“左手”构型，构成DNA的糖分子则是“右手”构型。

然而，实验室里的化学反应通常会生成“左旋”分子和“右旋”分子各半的混合物。生命为何偏偏只选择了其中一种？这个问题困扰了化学家一百多年。更现实的问题是，许多药物分子也有两种镜像版本，一种具有治疗作用，另一种可能无效或者有害。20世纪60年代的“反应停”事件就是惨痛教训，数千名新生儿因此出现出生缺陷。所以化学家一直在想，如何制造出所需要的那种手性分子？

长期以来，化学家认为，手性催化剂中左旋占多少比例，产物中左旋也就占多少比例。换言之，催化剂与产物之间的手性传递是线性的。罗三中举例说，比如催化剂80%是左旋，产物大概也80%左旋。但卡甘在实验中发现，少量的手性偏差可以被不成比例地放大。“比如催化剂20%是左旋，产物达到80%是左旋，这就是非线性效应，也就是手性放大，这揭示了这种‘少数派能翻盘’的规律。”

卡甘揭示了手性可以被“放大”的规律，而日本化学家硖合宪三发现的Soai反应则展示了如何将这种放大推到极致。他的思路是自催化，让生成的物质又能促进原料变成更多同类物质。这样一来，某一种手性分子只占极小优势，经过Soai反应，最终生成的产物中，这种手性可以被扩增到几乎占绝对多数，另一种手性比例被压得很低。

罗三中说，自催化相当于起始原料生成的产物，本身就是催化剂。“这样生成的产物越来越多，催化就越来越快。”他用曲线描述了这个过程的特点：“它最开始增长得很慢，然后忽然很快地陡直上升，就到了反应终点。”

两位科学家低调、内敛

值得一提的是，卡甘今年已经95岁。这次获奖某种意义上是对卡甘“迟到25年的认可”。2001年诺贝尔化学奖授予手性催化氢化反应时，学界普遍认为卡甘应当在列。

20多年前，罗三中在中国科学院化学所时，曾接待过卡甘。他对两位科学家的印象一致：低调、内敛、不健谈。“两位科学家都是非常低调的科学家，谦谦君子型的。最近10年，他们基本上淡出了学术公开活动。”

罗三中认为，此次成果的价值体现在两个层面。一方面，非线性效应成为研究反应机制的理论工具，大部分做不对称合成的研究者，都会用到这种工具。另外，对药物研发具有指导意义。过去，化学家认为要获得高纯度的手性药物，起点催化剂必须是接近100%纯度的单一手性物质。两位获奖者的研究“推翻了这一认知”，这为手性药物合成提供了全新的思路。

不过他也指出，两位科学家回答的是“从1到100”的问题——即已经存在一个初始的手性偏好时，如何将其放大到近乎单一手性；但他们并没有回答“从0到1”的问题——即最初的手性偏好究竟从何而来，为什么生成一对镜像体的分子，生命偏偏只选择了其中一种？

这次诺奖更深远的意义，是激发大家重新关注“同手性起源”这一宏大的科学问题，并寻找与生命更接近的催化体系。“比如我们能不能找到一个跟生命比较接近的催化体系，实现手性的扩增、自催化过程。这是从他们研究方向直接延伸出来的问题。”罗三中希望，此次诺奖授予这一领域，能推动更多年轻学者在合成化学中更广泛地去思考重大科学问题。

新京报记者 张璐

编辑 张树婧 校对 翟永军