2026年諾貝爾化學獎揭曉,由95歲法國科學家凱根(Henri B. Kagan)與日本科學家硤合憲三(Kenso Soai)共同獲獎。兩人透過不對稱化學反應研究,為「生命為何只選擇分子的一種鏡像」這項百年謎題提供解答,成果也對製藥、香料及農業化學品產業產生深遠影響。
生命為何只有「一隻手」?
許多分子存在兩種互為鏡像的形態,就像人的左右手,看似相同卻無法完全重疊,這種特性稱為「手性」。
生命體卻只選擇其中一種:細胞蛋白質中的胺基酸只採用一種鏡像形態,構成DNA的糖分子也有相同現象,稱為「同手性」。
然而,化學家在實驗室合成手性分子時,往往得到等量的兩種鏡像分子,且難以分離。如何讓反應偏向其中一種,既關係到生命起源,也直接影響藥物製造,因為同一分子的不同手性形式,可能對人體產生不同作用。
英國物理學家法蘭克(Charles Frank)早在1953年便提出數學模型,認為反應若同時具備手性催化、非線性放大及自催化三項條件,同手性就可能自發形成。但如何在實際化學反應中實現,長年未能解決。
凱根找到放大微小差異的關鍵
1986年,任職於法國巴黎南大學的凱根取得關鍵突破。當時研究者普遍認為,催化劑與產物的手性比例呈線性關係,也就是催化劑中某種手性形式增加多少,產物中相應形式便按比例增加。
凱根質疑這項假設。他分析催化劑結構後認為,金屬原子可能同時吸引多個手性分子,形成「右-右」、「左-右」及「左-左」三種組合。
其中,「左-右」混合型催化劑的效率較低,因此即使混入少量另一種鏡像分子,對產物比例的干擾也比預期小,原本的不對稱性反而被放大。
凱根將實驗結果繪圖後發現,催化劑與產物的手性比例呈曲線,而非直線,這就是「非線性效應」。他在1986年的論文中描述三種具有此效應的不對稱反應,實現法蘭克模型中的非線性放大條件,也啟發硤合憲三後續的研究。
硤合憲三讓產物自己催生同類
硤合憲三研究非線性效應時,注意到某個反應的催化劑與產物結構高度相似,因此構想讓產物本身充當催化劑,促使更多相同手性的分子生成。
1995年,他發表首個滿足法蘭克模型全部條件的反應。起初,某種鏡像分子的過量比例僅有2%,反應結束後升至87%,顯示微小差異可透過不對稱自催化持續放大。
經過八年探索,硤合憲三於2003年報告另一項突破:從非手性分子出發,僅憑隨機產生的微小差異,就能讓其中一種鏡像分子最終占產物的99.99%。
反應初期,兩種鏡像分子都會生成,但其中一種偶然取得些微優勢後,自催化機制便持續放大差距。重複實驗時,哪一種形式勝出取決於最初的隨機事件,呈現生命起源時選擇單一手性的可能機制。
評審解讀:解開百年謎題,也改變製藥
瑞典皇家科學院表示,兩位得主的發現,讓化學家得以驅動反應朝單一手性方向進行,突破生成等量鏡像分子的困境。
諾貝爾化學委員會主席林克(Heiner Linke)指出,兩人為「同手性如何自發產生」這項困擾化學界逾百年的謎題提供解答,所發展的化學反應令人嘆為觀止。
委員鄒曉冬則表示,藥物分子的不同手性形式可能對人體產生不同作用,因此精準製備單一手性分子十分重要,兩人的研究成果已廣泛應用於有機合成與製藥。
凱根的非線性效應可協助化學家理解催化機制、調整合成條件,提高目標產物純度。硤合憲三的反應雖屬人工體系,與生命化學有所不同,仍啟發研究者以類似原理合成同手性胺基酸與糖類。
凱根現為原巴黎南大學榮譽教授;1950年出生的硤合憲三為東京理科大學榮譽教授。兩人將平分1,200萬瑞典克朗獎金。
