分子“左右手”摘得诺贝尔化学奖，为何关乎你我？

　　分子的“左右手”，为何广泛存在于我们服用的药物、闻到的香味，甚至身体的细胞中？

　　10月7日，瑞典皇家科学院宣布，将本年度诺贝尔化学奖授予法国科学家亨利·B·卡甘（Henri B Kagan）和日本化学家硖合宪三（Kenso Soai），以表彰他们发现不对称有机合成中的非线性效应和自催化现象。

　　科学家亨利·B·卡甘和硖合宪三。图 / 诺奖官网

　　这项听起来有些深奥的研究，实际上与我们的生活息息相关。科学家们究竟发现了什么？又能应用于哪些领域？有风君请来深耕不对称合成领域的浙江工业大学药学院教授凌飞解答。

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　　左右手的差别，不止一星半点

　　把自己的左手和右手放在一起，掌心相对时可以贴合。但互为镜像的两只手，无论如何反转或平移都无法重合，这就是化学中的“手性”，也是本次诺贝尔奖发现中的关键概念。

　　“许多化学分子具有手性，也就是组成原子的种类、数量完全相同，物理性质也几乎一样，只是空间结构不同，我们称之为‘对映异构体’，比如乳酸、葡萄糖等。”凌飞解释，这个差别看似微小，实际却可能导向截然不同的轨迹。

　　比如广泛应用于香氛产品的化学分子香芹酮，它的一种异构体闻起来像薄荷味牙膏，另一种则像葛缕子。在7日举行的诺贝尔化学奖新闻发布会上，诺贝尔化学委员会主席海纳·林克（Heiner Linke）解释，我们之所以能闻出这种差别，是因为识别气味的受体本身也有手性。

　　手性分子示意图。图 / 诺奖官网

　　手性，是药物开发安全性的关键因素之一。“人体内的蛋白质由氨基酸组成，药物分子需要与这些形态各异的空间结构正确结合，才能发挥作用。”凌飞将其比作“锁”和“钥匙”，作为“锁”的蛋白质空间结构固定，一把正确的“钥匙”能够让药物发挥疗效，但如果错误的“钥匙”打开了错误的“锁”，就可能产生意想不到的毒副作用。

　　在历史上，就曾发生过潘多拉魔盒的悲剧。上世纪五十年代，沙利度胺被用于缓解妊娠反应，尽管R型能有效缓解孕吐，S型却有强烈致畸性，最终导致全球上万名“海豹肢畸形”婴儿出生。

　　诸如此类事件，让科学家们在半个多世纪来不断探索，能否在药物开发时，只生产需要的那只“手”？卡甘和硖合宪三的发现，从不同角度解答了这个问题。

　　过去，人们总是认为催化剂的纯度与反应产物的纯度呈正相关，卡甘发现的“非线性效应”驳斥了这种直觉。他指出，手性催化剂可以是纯度不那么高的混合物，产物却可能表现出更高的手性纯度。

　　卡甘的相关发现。图 / 诺奖官网

　　硖合宪三在此基础上发现了自催化现象：某些手性产物能够反过来充当催化剂，推动更多相同构型的产物生成。产物越多，推动反应的力量也可能越强，最终在“滚雪球”中生成高手性纯度的产品。

　　如今，两位获奖者的发现已成为理解和设计不对称合成反应的重要工具，广泛应用于制药等领域。

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　　日常生活中的“左右手”

　　现代药物研发中，本届诺奖发现的应用已经十分常见。

　　“几乎2/3以上的药物都是单一手性药物。”凌飞列举了几种常见药物：治疗哮喘和慢性支气管痉挛的沙丁胺醇、治疗膀胱过度活动症的米拉贝隆、治疗哮喘和过敏性鼻炎的孟鲁司特钠、治疗心力衰竭的LCZ696中的沙库巴曲等。它们的作用机制和生产方法并不相同，但都应用了手性这一重要特点。

　　“我们所说的‘发挥疗效’，其实就是看药物分子与人体靶点是否正确结合。”凌飞说，过去“左右手”混合的消旋体药物，其镜像构型产生的毒副作用很可能盖过正确构型的疗效，引起错误结合，导致药物被代谢前就对人体产生毒害。因此，非线性效应和自催化的发现，对于提高药物安全性有着极大的促进作用。

　　此外，由于手性催化剂通常由贵金属组成，在大规模工业化生产中，这意味着高昂的成本。“非线性效应省去了提纯的成本，自催化则直接减少了手性催化剂的使用。”凌飞说，后者由于条件苛刻，目前尚未有大规模应用。但如果类似策略能在具体生产工艺中得到验证，就有机会省去部分提纯环节，减少试剂和溶剂消耗，进而缩短生产流程、降低成本。

　　手性技术的用武之地，不止于药物。

　　在香精香料行业，同一种化合物的不同构型可能呈现不同的气味。通过控制构型，生产者可以更有针对性地获得所需香气，提高香料的品质和利用效率。凌飞介绍，这一技术目前常用于高端香氛的生产中。

　　农药是另一个值得关注的方向。“过去农药一般使用‘左右手’混合物，如果能够提高有效构型，生成同手性产物，就有机会在达到相应防治效果的同时减少用量，进而降低成本与毒性。”凌飞说。

　　根据其主要生产商利尔化学的估算，常用农药精金都尔在2025年的全球用量已超过6万吨。“如果做成手性化合物，每年可能减少3万吨以上用量。”

　　“左右手”的探索还未结束。接下来，凌飞介绍，目前学界研究的一个重要方向是寻找更便宜的催化材料，尽可能用铁、铜、镍等相对廉价的金属替代部分贵金属催化剂，另一个方向，则是探索光照、电催化等新方法，让手性分子的制备更高效。