北京时间 10 月 7 日,斯德哥尔摩公布答案:2026 年诺贝尔化学奖颁给法国化学家亨利·B·卡甘和日本化学家硖合宪三,理由是「发现不对称有机合成中的非线性效应与自催化」。奖金 1200 万瑞典克朗(约合 815 万人民币),两人平分——今年是诺奖 125 周年,奖金也第一次从 1100 万上调到了 1200 万。

他们解决的问题,一句话就能概括:在互为镜像的两种分子里,怎么只造出想要的那一只。 这句话听着像手艺活,其实是化学界悬了一百多年的大问题——也是所有手性药物的成本清单上,最贵的那一行。

先说结论:他们让化学反应只造出一种镜像分子

化学里有一类分子,长得像左手和右手:分子式一模一样,怎么旋转都对不上,只能靠镜子重合。这种性质叫手性,互为镜像的那两个分子叫对映异构体。

麻烦在于,生命只认其中一只。你身上所有蛋白质用的都是左型氨基酸,DNA 双螺旋里的糖却全是右型;换成另一只手性,蛋白质可能根本折不起来。化学家管这种「只用一只手」的现象叫同手性(homochirality)。

而实验室里,只要不做特殊处理,反应永远给你 50:50 的一锅混合物。

这次获奖的两个人,一个给出了「怎么把偏向放大」的规律,另一个给出了「偏向怎么自己越滚越大」的实验。诺奖委员会主席海纳·林克的说法是,他们提供了一个逾百年化学谜题的解答,做出的反应令人叹为观止。

手性:互为镜像的两种分子,生命只用了其中一种

理解手性最简单的方式是看药。药分子要和身体里的靶点结合,就像钥匙插进锁孔——锁只有一种,钥匙却有两只手,插错的那只不但打不开,还可能把锁弄坏。

1960 年代初,全世界的化学家一起交过一笔很贵的学费。镇静剂沙利度胺(反应停)的一个镜像能安胎,另一个镜像却会导致新生儿肢体畸形,数千名婴儿因此落下终身残疾。事后复盘才看明白:问题从来不是药量,而是那一半多余的手性。从那以后,「只造一只」就成了制药业的硬指标。

谜题最早被摆上桌的,是巴斯德。他把酒石酸的晶体放到显微镜下,发现晶体有两副互为镜像的形状,于是拿镊子一颗一颗挑开、分别溶解,再用偏振光一照:其中一堆把光往右掰,另一堆往左掰,两堆混在一起就互相抵消,光又变直了。1857 年他又发现,细菌只肯吃掉葡萄里那种往右偏光的酒石酸,另一种原封不动地留在瓶底。

从那时候起,化学家就一直在追问同一件事:生命为什么只挑了一只手?

卡甘1986:催化剂75:25,产物90:10的非线性效应

二十世纪的手性药热潮,带来了一条通行做法:想要纯的产物,就用尽可能纯的催化剂。催化剂里一种手性占 75%,产物大概也就是 75% 上下——这是一条斜的直线,看起来天经地义,也没人质疑。

偏偏有人去拆开催化剂看了看。催化剂通常由两颗零件拼成:一颗金属离子当马达,负责驱动反应;一个手性配体当方向盘,决定它偏向哪一边。卡甘关心的是,这两颗零件在溶液里到底怎么凑到一起。

问题的关键被他一眼看穿:金属习惯同时抓两个配体,而且抓的时候不挑人。

于是如果催化剂里两种手性都有,就会出现三种组合:左左、右右,还有左右混搭。往催化剂里放 75% 的右、25% 的左,随机配对的结果大概是 56% 的右右、6% 的左左,剩下 38% 是左右。

再往下就是那个要命的发现:左右混搭的那个组合几乎不干活。

诺奖官方用一组数字把结果讲完了——75:25 的催化剂,交到手上的产物却是 90:10。偏向不但没被稀释,反而被放大了。1986 年,卡甘在《美国化学会志》上一次性报告了三个不同反应都有这个现象(JACS 1986, 108, 2353–2357),他画出的曲线不是直线,而是向上弯的一条弧。

这条弯线成了不对称催化领域最常被引用的图之一,也顺手变成了化学家的诊断工具:一个反应只要表现出这种非线性,就说明它中间真的形成了双配体物种,机理凭空清楚了一半。相关背景可对照诺奖官方新闻稿与新华社的成果解读。

弗兰克1953:手性放大的三个条件

放大一次偏向,和让偏向自己越滚越大,是两码事。

1953 年,布里斯托大学的物理学家查尔斯·弗兰克被人问了一句「化学家到现在还没搞懂生命的不对称从哪来」,他索性写了一篇纯理论文章回应,列出三个条件:要有手性催化剂和不对称反应;要压制一只手、扶植另一只手;以及反应的产物必须能造出催化剂自己。

第三条叫自催化。它一旦成立,优势就会指数级往上翻,而不是线性累加。

前两条中的第一条,二十世纪初就被德国化学家马夸尔德实现了,只是偏向小得可怜;2001 年和 2021 年的诺贝尔化学奖,也分别颁给了把不对称催化和有机催化做成体系的同行。真正卡住的,是「产物自己造自己」这一步。

硖合宪三:1995年2%到87%,2003年做到99.99%

硖合宪三研究的就是卡甘那一类反应。他盯着催化剂和产物的结构看久了,越看越觉得这俩长得太像,于是冒出一个大胆的念头:能不能让反应造出来的东西,回头去催下一轮反应?

当时已知的自催化反应不少,带手性的一个都没有。他一个分子一个分子地试,试到了 5-嘧啶基烷醇。1995 年那篇论文里,他从一种镜像领先 2% 开局,收尾时领先变成 87%——人类第一个不对称自催化反应,后来干脆被叫做「硖合反应」。

87% 离生命的 100% 还差一截。又过了八年,2003 年他拿出了终极版本:开局完全不含手性,两种镜像各自生成,纯粹因为随机涨落,其中一种哪怕只多出 0.00005%,自催化也能接棒——补一次原料涨到 57%,第二次 99%,三次之后超过 99.5%,最高可以冲到 99.99%。

诺奖官方的评价很克制也很重:除生命本身之外,此前从没有人做到过这件事;这个反应也被认为是化学史上最优雅的实验之一。

有什么用:手性药物、香精与农药的日常基础

卡甘那条弯线的价值非常实在。只要知道一个反应是不是非线性的,就能反推催化剂怎么工作,再把产物的手性纯度推到极限。 这套工具现在天天用在药、香精、香料、农药和一些新材料上——凡是做「要跟生命体打交道」的物质,都绕不开它。

至于更大的那个问题,诺奖官方留了一句提醒:硖合反应是人造体系,跟生命体内的化学不是一回事,不能当成生命起源的证明。但它确实开了一个新入口——现在全世界都有人试着照这个思路,去造同手性的氨基酸和糖。

卡甘等了25年,95岁接到这通电话

卡甘 1930 年出生,今年 95 岁,1960 年在法兰西公学院拿到博士。在化学圈里他早就是开山人物:1971 年他和 Tuan Phat Dang 做出的 DIOP 配体,把不对称氢化的光学产率推到 72%;1980 年他参与的 SmI₂(二碘化钐)制备方法,后来几乎是每个有机合成实验室的标配还原剂。

2001 年他和野依良治、夏普莱斯一起拿了沃尔夫化学奖,同年的诺贝尔化学奖颁给了诺尔斯、野依良治和夏普莱斯,名单里没有他——当时法国科研部长还为此给诺贝尔基金会写过信。这次也说不上补发:2001 年奖的是不对称氢化和氧化的催化应用,2026 年奖的是非线性效应和自催化,方向相关,却是两回事。

硖合宪三 1950 年生于广岛,1979 年在东京大学拿到博士,之后在东京理科大学建组。电话连线里他说,这是人生中最激动的日子之一。

实验本身还藏着个挺妙的细节:硖合反应重做一遍,胜出的可能是另一只手——决定整锅反应命运的,只是开局那点随机涨落。 也就是说,如果四十亿年前那锅原始汤重来一次,今天地球上的我们,说不定整锅都是镜像的。