研究改變現代製藥工業
據《新民晚報》報道,二十世紀五十年代,一款名為“反應停”的止吐藥曾帶給無數家庭難以癒合的創傷。由於當時化學家無法分離藥物分子中的“左手”和“右手”鏡像結構,孕婦服下的混合藥物導致了全球上萬名嬰兒畸形。這一慘痛教訓讓化學界深刻認識到:構建單一手性的分子,不僅關乎科學,更關乎生命。
大自然的“偏心”
科學家亨利·B·卡甘和硤合憲三獲得二○二六年諾貝爾化學獎。在多位科學家看來,兩位新晉諾獎得主的研究不僅關乎地球生命起源,更在現實中拯救了無數人的生命,徹底改變了現代製藥工業。
左手和右手看起來一模一樣,但無論怎麼旋轉,都無法讓它們重合在一起。在化學世界裡,這種現象被稱為“手性”——許多化學分子也像雙手一樣,存在兩種互為鏡像的變體。
上海交通大學化學化工學院長聘副教授袁乾家表示,小到氨基酸分子,大到天體現象都存在手性,“在生物體內,組成蛋白質的氨基酸幾乎全是‘左手’型,而構成遺傳物質的糖類則幾乎全是‘右手’型。這種單一手性偏好被稱為‘同手性’。”為甚麼大自然會如此“偏心”,這個問題一直是生命起源研究中的未解之謎。
卡甘和硤合憲三的研究,正是解答這一謎題的關鍵鑰匙。
早在一九八六年,卡甘就發現了一個反直覺的現象。在不對稱催化中,如果使用比例略低的催化劑(例如左手與右手比例為七十五比二十五),產物的手性純度並不會線性地停留在七十五比二十五,而是可能飆升到九十比十甚至更高。這就是“非線性效應”。它意味着催化劑中哪怕只有一點點“手性優勢”,也能在反應中被顯著放大。
硤合憲三則找到了“自我複製機制”。他在實驗中設計出一種特殊反應,其產物本身就能催化反應,並且優先催化生成與自己手性相同的產物。
上海科技大學物質科學與技術學院副教授楊曉瑜打了個生動的比方:“這就像滾雪球,一開始催化劑可能只有五十一比四十九的微弱優勢,但不停地滾下去,最終產物的比例能達到九十五比五甚至更高。”這種“自催化”現象,首次在實驗室中模擬了手性可能從無到有、從弱到強的演化過程。
獎項遲到廿五年
今年的獲獎者之一卡甘其實早在二○○一年就是諾貝爾化學獎的熱門人選。
二十五年前,和他一起拿下沃爾夫獎的兩位同行走上了諾獎領獎台,他卻被留在了台下。二十五年後,他終於把諾獎補了回來。
“那一年,諾貝爾化學獎授予了不對稱催化領域的三位科學家,其中包括大家熟悉的、兩獲諾獎的夏普利斯,但卡甘遺憾落選。”楊曉瑜感慨,卡甘當年設計了全新的手性配體,並將其應用於不對稱氫化反應——而這一反應如今已成為製備手性化合物最容易工業化的方法之一。今年卡甘在九十多歲的年紀終於獲獎,堪稱科學界的一段佳話。
這項基礎研究的意義遠不止於解答學術謎題——在製藥領域,單一手性藥物可以避免類似“反應停”的悲劇;在農藥領域,單一手性農藥能減少對土壤和生態的負面影響;在材料科學中,手性分子與圓偏振發光現象密切相關,可用於3D顯示等新技術。
二○二六年諾貝爾化學獎再次證明,最深刻的科學發現,往往源於對最基本問題的執着探索。亨利·卡甘和硤合憲三的工作,不僅解釋了自然界的“偏心”,更為人類創造更安全、更美好的未來提供了無限可能。