■ 深圳特区报记者 闻坤
2026年诺贝尔化学奖日前正式揭晓。法国巴黎南大学的Henri B. Kagan博士与日本东京理科大学的Kenso Soai博士，因在不对称有机合成中发现非线性效应与自催化作用，共同摘得这一桂冠。他们的研究为“同手性如何自发出现”这一困扰学界逾百年的谜题给出了答案。
而在深圳，科研团队正用计算化学“算”出更高效的手性催化剂，让手性从困扰人类一个半世纪的谜题，逐步变成可被计算、预测和设计的工程问题。
●“左手”还是“右手”
生命为何只选一边
组成相同、形状相仿，却无论怎么翻转都无法完全重合——化学中，这两个分子叫对映体。正如我们的左右手，许多分子也有左右旋两种镜像形式。自然界对手性有自己的偏爱：构成人体蛋白质的氨基酸清一色左旋，DNA里的糖分子却清一色右旋。另一种镜像在自然界近乎绝迹。
这个问题“折磨”了化学家整整一个半世纪。上世纪六十年代的“反应停”事件便是惨痛教训：沙利度胺的一种对映体能缓解孕吐，另一种却导致数千名婴儿先天畸形。
Kagan在上世纪80年代发现，手性催化剂和最终产物之间并不存在简单的比例关系。他注意到金属催化剂往往同时结合多个手性分子，形成“左右左右”式的混合形态，这类混合形态反应极慢，产物比例不再线性，而成一条曲线。这意味着：只要催化剂里某一对映体略占上风，这种优势就会被显著放大。
随后，Soai继续推进这一领域。1995年，他报道了一项经典实验：从仅约2%的手性优势出发，经过反应，优势被放大到约87%。2003年，Soai把这场“滚雪球”推向终点：产物自身催化生成自己的拷贝，一旦某个方向稍稍占优，优势便以近乎“雪崩”的速度吞没全场，纯度可达99.99%。这是人类第一次从非手性分子的组合中，自发产生出手性。
●从“发现规律”到“设计规律”
用计算“算”出催化剂
如今，Kagan发现的非线性效应已成为化学家研究手性催化机理的标准工具。从“发现规律”到“运用规律”，再到今天的“用计算设计规律”，不对称合成正在经历一场新的范式转变。
近日，深圳晶泰科技发表于国际顶刊《JACS》的一项研究，恰好提供了一个鲜活的样本。他们瞄准的是一类经典反应——环氧化物与苯胺的不对称开环，其生成的手性β-氨基醇是许多心血管药物和天然产物的核心骨架。但长期以来，高效催化它的手性催化剂并不好找。
“环氧化物活性不高，需要足够强的Lewis酸才能激活；可催化剂一旦太‘硬’，又容易失控，手性选择反而变差。”晶泰科技副主任高级科学家郭靖在接受采访时解释。研究团队把目光投向了一个并不常见的元素——锑（Sb）。五价锑化合物带有一种独特的电子结构，叫σ-hole，像一只隐形的“抓手”，能牢牢吸住环氧化物的氧原子。“更妙的是，这只抓手的力气可以精确调节。往锑上挂的芳基吸电子能力越强，σ-hole就越显著，Lewis酸性也就越强。这就像给催化剂装了一个旋钮，可以一格一格微调它的‘脾气’。”
但激活只是第一步。真正决定反应命运的，是手性如何被传递。在这里，这项研究直接回应了Kagan四十年前的命题。团队设计了非线性效应实验：把左手催化剂和右手催化剂按不同比例混合，去催化同一个反应。实验结果是一条笔直的线。“这说明该体系中真正起作用的是单分子催化剂。每一个催化剂分子独立完成催化，手性信息直接从单个分子传递给产物，没有被聚集体干扰。”郭靖说，“这个结论非常关键，因为它告诉设计者：你只需要把单个催化剂分子的‘左手环境’设计好，就够了。”
●“计算先行、实验验证”
手性从谜题变成工程问题
单个分子究竟是怎么“分出左右手”的？晶泰科技团队的密度泛函理论（DFT）计算给出了直观的答案。非共价相互作用分析显示：当反应走向优势构型时，底物能舒舒服服地躺在催化剂的手性“口袋”里；而走向劣势构型时，底物被刚性骨架“顶住”，界面上出现明显的排斥区。
基于这些计算洞察，团队最终锁定CAC-10为最优催化剂：仅需5mol%的用量，甲苯中室温反应，即以99%的收率和92%的对映选择性获得目标产物，底物范围覆盖33种环氧化物与苯胺的组合。
“这不仅为主族元素手性催化剂开辟了新方向，也展示了‘计算先行、实验验证’的研发范式。”郭靖表示，“对依赖手性中间体的制药行业来说，这意味着更快、更省的催化剂筛选路径。”
回望整个故事，Kagan发现了手性可以被非线性放大，Soai证明了这种放大可以自我强化，他们回答的是“手性从哪里来”。而今天，借助计算化学的力量，化学家正在回答另一个问题：“我们能不能主动设计出手性”。从实验中发现规律，到用计算理解规律，再到基于规律设计新的催化剂和反应——诺奖照亮了来路，而前路，正在被算力和想象力共同拓展。
新闻知识
手性
当我们把双手合拢，两只手的轮廓可以贴在一起，但无论如何翻转，两只手都不能完全重合。一些分子也有这样的“左右之分”，两者互为镜像却不能翻转重合，化学家把这种性质称为手性。这里的“左”和“右”是帮助理解空间形状的比喻。