2026諾貝爾化學獎-不對稱有機合成的非線性效應與自催化

2026年諾貝爾化學獎由法國化學家亨利・卡根(Henri B. Kagan)與日本化學家硤合憲三(Kensō Soai)共同獲得,表彰他們在不對稱有機合成中,對非線性效應與自催化現象的研究。他們的成果幫助科學家理解:為什麼某些化學反應能優先生成分子的其中一種鏡像形式,甚至讓原本微小的差異逐漸放大。 有些分子就像人的左右手,外觀看似相似,卻無法透過旋轉使其完全重疊,這種特性稱為「手性」。具有手性的分子,必定存在一種與其鏡像的形式,這兩種形式互為「對映異構物」,最早由法國化學家路易・巴斯德發現酒石酸中具有相反的旋光性。 地球上的生命具有高度的「同手性」,例如:人體內的胺基酸全都是「左手形式」,而 DNA 的糖分子全都是「右手形式」。正因為生物體內這些基石本身就具有特定的立體結構,使得對映異構物在生物體內會產生截然不同的效果,這個差異對藥物非常重要,藥物分子必須與人體內的特定目標結合,就像鑰匙必須配合鎖的形狀。即使兩種分子只有鏡像上的差異,也可能在療效、安全性或代謝方式上有所不同。 1953年,英國的物理學家查爾斯・弗蘭克提出了一個理論模型,認為同手性的出現要滿足三個條件。第一個條件,手性催化劑參與反應;第二個條件,其中一種手性分子的生成被強化;第三個條件,反應的產物能催化反應繼續發生,也叫做自催化。第一個條件已經獲得過2001年與2021年的諾貝爾化學獎,而本次諾貝爾化學獎剛好滿足第二個與第三個條件。 亨利・卡根的研究發現,催化劑中兩種鏡像形式只要存在些微比例差異,就可能透過反應中的相互抑制機制,讓產物的比例差異進一步放大,這稱為「非線性效應」。硤合憲三則進一步研究出著名的硤合反應:反應產物本身也能充當催化劑,促使更多相同手性的產物形成,形成不對稱的「自催化」。 從左右手的差異,到藥物合成與生命同手性起源,這項研究揭示了化學世界裡一個深刻的可能性:極其微小的不對稱,經過適當的反應機制,就可能逐步放大,最終改變整個系統的結果。
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©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
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圖為亨利・卡根發現的非線性效應
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圖為硤合反應 資料來源:
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