從微小的不平衡到諾貝爾獎
日本化學家 Kenso Soai 的實驗將幾乎等量的分子鏡像混合物轉變為以其中一種形式為主的產物。他於 2026 年 10 月 20 日在東京向聽眾表示，希望研究是什麼因素引發這些不平衡。這場由日本化學會主辦的演講約有 2,000 人參加，包括線上參與者。
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此次演講是在瑞典皇家科學院於 10 月 7 日宣布，Soai 將與法國化學家 Henri B. Kagan 共同獲頒 2026 年諾貝爾化學獎之後舉行。兩人的發現說明化學反應如何放大分子形式間的微小偏好，協助化學家理解生物體的一項關鍵特徵，並設計用於藥物研究的反應。
瑞典皇家科學院的化學獎公告指出，兩人發現了不對稱有機合成中的非線性效應與自催化。簡單來說，他們找到讓反應產生較多某一種分子鏡像、而非另一種的方法；有時，產物還能促使更多自身生成。
現年 76 歲的 Soai 是東京理科大學名譽教授。Kagan 是巴黎南大學名譽教授。兩人將平分 1,200 萬瑞典克朗獎金，各獲 600 萬克朗。
在東京的演講中，Soai 於問答環節談到他接下來的研究興趣：
我希望研究可能造成左右不平衡的各種原因。
他的發言讓故事延伸至10 月 7 日的獎項公告之外：這些實驗說明微小差異如何擴大，但最初差異可能由何而來，仍是他希望探索的課題。
分子為何有左旋與右旋之分
有些分子含有相同原子，連接順序也相同，卻有兩種互為鏡像的排列方式。就像左手和右手，兩者無法重疊到每個部分都完全吻合。化學家稱這種性質為手性，兩種分子形式則稱為對映異構物。
生物體能區分這些形式，因為生物自身的分子機制具有特定形狀。能與某種生物結構契合的分子，在排列反轉時可能產生不同作用。這種差異可能影響藥物活性，甚至改變物質的氣味：香芹酮的兩種形式分別散發綠薄荷與葛縷子的氣味。
活細胞中的蛋白質幾乎只使用一種手性的胺基酸，而 DNA 與 RNA 中的糖也具有一致的手性。最簡單的胺基酸甘胺酸是例外，因為它沒有一對不同的鏡像形式。廣泛使用同一種形式的現象稱為同手性，意指具有相同的手性。
除非有因素引導，實驗室反應往往會產生等量的兩種形式。科學家面對的難題是，最初平衡的化學系統如何形成強烈偏好。Kagan 展示了催化劑如何放大偏好；Soai 則開發出能讓偏好隨反應生成更多催化劑而逐步增強的反應。
Kagan 發現混合催化劑的效果可能超出預期
Kagan 的關鍵進展出現在 1986 年。催化劑能協助化學反應進行，本身不會在反應中消耗。在不對稱催化中，催化劑的分子形狀有助於引導反應產生其中一種鏡像。
化學家原本預期，催化劑中不同形式的比例與產物中的比例會呈現簡單的關係。Kagan 發現，兩者的關係可能偏離這種預期，使產物的偏好程度強於催化劑組成所暗示的程度。這種偏離稱為非線性效應。
一種解釋涉及活性結構中含有成對分子輔助物的催化劑。混合物可以形成兩個手性相同的配對，也可以形成各含一種手性的錯配對。在某些反應中，錯配對的活性低得多，因此主要由相同手性的配對發揮作用。
假設混合物中有 75 個某一形式的輔助分子，以及 25 個另一形式的輔助分子。若它們隨機配對，相同手性的配對比例為 75 的平方比 25 的平方，也就是九比一。當錯配對幾乎沒有作用時，活性配對的比例就相當於 90 比 10。原本不大的偏好因此成為更強的化學影響。
Kagan 的發現為研究人員提供了實用工具，也提供了研究催化劑的方法。催化劑組成與產物組成之間關係的變化，可以揭示分子如何在反應容器中組合並發揮作用。
Soai 讓反應協助產生自身
Soai 的下一步是發展不對稱自催化。自催化是指反應產物協助催化更多相同產物的生成。如果這個過程也偏向產物本身的手性，微小的初始優勢便能透過回饋作用促成更多產物生成。
瑞典皇家科學院的科學背景文件將早期成果追溯至 1990 年。Soai 使用二異丙基鋅與吡啶-3-甲醛，並以反應本身產生的醇製備催化劑。
這項實驗證明了自催化，也顯示反應偏好其中一種鏡像。其不足之處在於偏好程度反而降低：催化劑的對映體過量值為 86%，產物則為 35%。
對映體過量值通常簡稱 ee，用來衡量兩種形式百分比之間的差距。若混合物含有 75% 的一種形式和 25% 的另一種，ee 就是 50%。兩種形式等量時 ee 為零；產物只含一種形式時，ee 則為 100%。
因此，Soai 1990 年的成果顯示反應能重製自身的催化劑，但也稀釋了起始偏好。五年後，他的研究團隊發現一種使用嘧啶-5-甲醛的反應，其產物的過量值高於催化劑。回饋作用這次增強了偏好，而非削弱偏好。
令人驚訝的純度數字實際代表什麼
Soai 1995 年的實驗以使用 ee 為 5% 的材料製備的催化劑起始。第一輪產物的 ee 達到 55%。將所得材料用於另一輪反應後，數值升至 87%；經過連續五輪反應後，達到 90% ee。
ee 從 5% 升至 90%，代表比例從 52.5% 對 47.5%，變為 95% 對 5%。起始混合物接近均衡；最終混合物中，偏好的形式每 1 個分子就有 19 個，遠多於其鏡像形式。
後來的一項實驗以 ee 僅 0.00005% 的配體起始。配體是用來製備催化劑的分子。經過連續三輪反應後，產物的 ee 超過 99.5%。這相當於偏好的形式超過 99.75%，另一種形式則低於 0.25%。
瑞典皇家科學院將這項成果描述為立體異構物比例放大 630,000 倍。這個數字指的是分子形式之間的相對比例，而非生成物質的數量。
諾貝爾獎公告指出，2003 年是 Soai 展示能形成兩種可能鏡像中單一形式反應的里程碑。這些實驗共同顯示，反覆的化學回饋如何將幾乎難以察覺的不平衡推向同手性。
隨機變化可能讓任一分子形式占優勢
Soai 也研究了未加入外部手性來源的反應。在這類實驗中，微小的統計波動可能讓其中一種形式取得優勢，之後再由反應將其放大。
瑞典皇家科學院的科學背景文件記載了 37 次實驗，其中 18 次偏向標記為 R 的形式，19 次偏向 S。產物的 ee 介於 15% 至 91%。結果幾乎平均分布，顯示任一形式都可能取得優勢。
R 與 S 這兩個字母用來標示分子構型，讓化學家能精確命名兩種排列方式，不必依賴左右手的圖示。在這些實驗中，個別反應各自形成偏好，但整系列實驗並未整體偏向任何一種構型。
瑞典皇家科學院也肯定 Daniel Singleton 獨立證明 Soai 反應能造成對稱性破缺。對稱性破缺是指原本平衡的系統出現不均等結果。
諾貝爾化學獎委員會主席 Heiner Linke 在獎項公布時如此形容這項成就：
Henri Kagan 和 Kenso Soai 解開了一個有一個多世紀歷史的化學謎題：同手性如何自發形成。他們開發的化學反應令人驚嘆。
瑞典皇家科學院對這項反應與生命起源的關聯，設定了明確界線：它證明實驗室中存在形成同手性的化學途徑，但水中生物手性的起源仍是未解之謎。該院的科學背景文件指出，Soai 反應與水溶液系統中生物同手性的形成無關。
藥物開發者為何重視這種差異
藥物開發讓分子手性具有直接的實際重要性。化合物的兩種形式可能與人體產生不同作用，因此製造商可能需要能穩定產生所需形式的製程。
曾在 Kagan 實驗室工作的德里大學教授 Kovuru Gopalaiah 指出，放大效應可降低對極高純度催化劑的需求。在適用的製程中，使用純度約 70% 而非 99% 的材料，可能降低純化成本。引用的 Merck 案例以純度 70% 的起始材料，製得純度 95% 的化合物 L-699,392。
印度對這類製造改進有相當大的需求。討論該獎項時引用的一份印度大使館手冊指出，印度供應的學名藥約占全球供應量的 20%，以數量計算。能否節省成本取決於特定反應與製程；諾貝爾獎得主的發現提供了原則，供化學家在設計這些製程時測試運用。
沙利竇邁說明了藥物安全不只是選擇某一種分子形式。這種藥物造成嚴重先天缺陷，並於 1961 年撤出市場。馬德拉斯印度理工學院化學系主任 G Sekar 解釋，其兩種形式會在體內相互轉換。因此，藥物的作用取決於服用後發生的變化，也取決於製造時取得的物質。
是否使用單一分子形式，取決於安全性、療效與法規要求。Kagan 與 Soai 的發現有助化學家控制產物，讓藥物研究人員能以更精確的起點進行評估。
獲獎背後的重要里程碑
諾貝爾獎肯定的是數十年間逐步發展的發現。Kagan 證明催化劑的分子不平衡可以放大；Soai 則設計出產物能透過反覆生成強化這種不平衡的反應。
- 1986 年：Kagan 證明不對稱催化中的非線性效應。
- 1990 年：Soai 發表不對稱自催化反應，但產物的 ee 低於催化劑。
- 1995 年：Soai 與同事證明自催化能提高 ee，連續五輪反應後達到 90%。
- 2003 年：諾貝爾獎公告指出，Soai 在這一年展示了能形成單一鏡像形式的反應。
- 2026 年 10 月 7 日：瑞典皇家科學院宣布共同頒發化學獎。
- 2026 年 10 月 20 日：Soai 在東京演講中談及該反應與未來研究。
- 2026 年 12 月 10 日：諾貝爾獎頒獎典禮預定於斯德哥爾摩舉行。
Soai 計畫出席斯德哥爾摩典禮，並發表演講，談論自己的研究以及法國化學家兼微生物學家 Louis Pasteur 的貢獻。Pasteur 的研究在 19 世紀協助確立分子不對稱的概念。
Soai 持續專注於基礎實驗
Soai 在住家附近購物時得知自己獲獎。他後來感謝協助維持實驗研究的同事與學生，正是這些工作促成了如今以他命名的反應。
東京演講後的記者會上，Soai 說明了推動這項研究的好奇心：
我對基礎，或者說更根本的問題感興趣。
他計畫中的研究將回到這個過程的起點：哪些因素能造成微小的左旋或右旋偏好，並讓自催化將其放大。這項獎項肯定了已經開發出的反應；而他在東京的發言則顯示，最初的不平衡仍有許多值得進行的實驗。
重點整理
- Kenso Soai 與 Henri B. Kagan 共同獲頒 2026 年諾貝爾化學獎，平分 1,200 萬瑞典克朗獎金。
- Kagan 證明催化劑能產生比其組成所顯示更強的分子偏好。
- Soai 開發出產物能協助生成更多自身、同時增強這種偏好的反應。
- 一項實驗在連續三輪反應後，將 ee 從 0.00005% 提高至 99.5% 以上。
- Soai 於 10 月 20 日在東京演講時表示，希望研究造成分子不平衡的可能原因。
- 這些發現有助於藥物化學，也支援實驗室中對同手性的研究。
- Soai 計畫出席 12 月 10 日在斯德哥爾摩舉行的諾貝爾獎頒獎典禮。
