Kenso Soai và Henri Kagan giành giải Nobel Hóa học 2026

Hóa học đã học cách ưu tiên một dạng ảnh gương như thế nào

Nhà hóa học Nhật Bản Kenso Soai và nhà hóa học Pháp Henri B. Kagan đã giành giải Nobel Hóa học năm 2026 nhờ những khám phá cho thấy các phản ứng hóa học có thể ưu tiên một trong hai dạng ảnh gương của một phân tử. Công trình của họ góp phần giải đáp một câu hỏi tồn tại lâu nay về hóa học sự sống: vì sao nhiều phân tử thiết yếu trong sinh học hầu như chỉ xuất hiện ở một trong hai dạng có thể có.

Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố giải thưởng tại Stockholm hôm thứ Tư. Viện ghi nhận hai nhà khoa học vì “khám phá các hiệu ứng phi tuyến và quá trình tự xúc tác trong tổng hợp hữu cơ bất đối xứng”. Giải thưởng trị giá 12 triệu kronor Thụy Điển sẽ được chia đều cho hai người nhận, với lễ trao giải dự kiến diễn ra tại Stockholm vào ngày 10 tháng 12, kỷ niệm ngày mất của Alfred Nobel.

Soai, giáo sư danh dự tại Đại học Khoa học Tokyo, biết tin đoạt giải khi đang mua sắm gần nhà. Nói chuyện qua điện thoại với ủy ban Nobel, ông gọi đây là một trong những ngày phấn khích nhất cuộc đời và cho biết ông vui mừng được chia sẻ vinh dự với Kagan, giáo sư danh dự tại Université Paris-Sud trước đây. Tại cuộc họp báo sau đó ở trường đại học, Soai cảm ơn các sinh viên và đồng nghiệp, đồng thời nói rằng sự hỗ trợ của họ đóng vai trò thiết yếu trong công việc của ông.

Giải thưởng ghi nhận nghiên cứu cơ bản có giá trị thực tiễn đối với các nhà hóa học điều chế thuốc, vật liệu, hương liệu và những hợp chất khác. Giải thưởng cũng làm nổi bật một phản ứng trong phòng thí nghiệm, mở ra cách nghiên cứu khả năng tính bất đối xứng phân tử đặc trưng của sự sống đã xuất hiện như thế nào, dù các nhà nghiên cứu lưu ý rằng bản thân phản ứng này không được xem là mô hình trực tiếp của hóa học trên Trái Đất thời kỳ sơ khai.

Tính bất đối xứng phân tử là gì?

Một số phân tử tồn tại dưới hai dạng có cùng các nguyên tử nối với nhau theo cùng thứ tự nhưng được sắp xếp như ảnh gương của nhau. Giống như bàn tay trái và bàn tay phải, hai dạng này không thể chồng khít lên nhau để mọi phần đều trùng khớp. Các nhà hóa học gọi đặc tính này là tính bất đối xứng và gọi hai dạng đó là đồng phân đối quang.

Sự khác biệt này có thể rất quan trọng trong các hệ thống sống. Protein hầu như được cấu tạo hoàn toàn từ axit amin dạng L, trong khi đường trong DNA và RNA có cấu hình D đối lập. Hai dạng của một phân tử có thể tương tác khác nhau với cơ thể vì các cấu trúc sinh học, bao gồm protein, cũng có tính bất đối xứng. Một dạng của thuốc có thể tạo ra tác dụng mong muốn, còn dạng ảnh gương của nó có thể có tác dụng yếu hơn hoặc khác biệt, hay gây ra tác dụng phụ không mong muốn.

Vì vậy, tính bất đối xứng là vấn đề thực tiễn trong quá trình phát triển thuốc, chứ không chỉ là đặc điểm trừu tượng của hình học phân tử. Nó cũng đặt ra một câu hỏi đáng chú ý về nguồn gốc sự sống. Nhiều phản ứng thông thường tạo ra các phân tử bất đối xứng sinh lượng gần bằng nhau của mỗi dạng ảnh gương. Vậy sự sống đã dựa nhiều vào một dạng của nhiều thành phần cấu tạo sinh học như thế nào?

Câu hỏi này đã tồn tại từ lâu. Vào thế kỷ 19, Louis Pasteur tách hai dạng tinh thể axit tartaric và phát hiện dung dịch của chúng làm quay ánh sáng phân cực theo hai hướng ngược nhau. Các thí nghiệm của ông góp phần xác lập rằng một số phân tử có dạng ảnh gương. Những nghiên cứu sau đó cho thấy vi khuẩn có thể tiêu thụ một dạng axit tartaric nhưng không đụng đến dạng ảnh gương của nó, qua đó chỉ ra tính chọn lọc đặc biệt của hóa học trong cơ thể sống.

Kagan đã thay đổi cách nhìn ra sao?

Một ý tưởng lý thuyết quan trọng xuất hiện năm 1953, khi nhà vật lý Charles Frank mô tả cách một phản ứng tạo ra chất xúc tác bất đối xứng của chính nó có thể khuếch đại một mất cân bằng ban đầu nhỏ. Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị tiêu hao. Nếu phản ứng tạo ra thêm chất xúc tác ưu tiên một dạng ảnh gương, chất xúc tác đó có thể tiếp tục giúp tạo ra nhiều hơn nữa cùng dạng ấy.

Trong nhiều thập niên, giả thuyết này vẫn khó được hiện thực hóa trong phòng thí nghiệm. Công trình của Kagan đã góp phần quan trọng giải đáp vấn đề. Năm 1986, ông cùng các đồng nghiệp cho thấy mối liên hệ giữa tính bất đối xứng của chất xúc tác và tính bất đối xứng của sản phẩm không phải lúc nào cũng theo tỷ lệ một-một đơn giản. Một lượng dư vừa phải của một dạng chất xúc tác có thể tạo ra lượng dư lớn hơn nhiều của một dạng sản phẩm.

Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng phi tuyến. Thuật ngữ này mô tả kết quả không tăng theo tỷ lệ thuận trực tiếp với mức mất cân bằng ban đầu. Trong một số phản ứng, các phân tử chất xúc tác có thể kết hợp thành những cặp khác nhau. Nếu một cặp gồm hai dạng bất đối xứng đối lập phản ứng kém hiệu quả hơn cặp gồm hai dạng giống nhau, phản ứng có thể ưu tiên một sản phẩm mạnh hơn mức mà riêng thành phần hỗn hợp chất xúc tác dự báo.

Phát hiện của Kagan có ý nghĩa với các nhà hóa học tổng hợp vì nó cho thấy đôi khi có thể tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết đối quang cao mà không cần bắt đầu bằng chất xúc tác tinh khiết tương đương. Phát hiện này cũng giúp các nhà nghiên cứu hình dung cách một thiên lệch nhỏ trong hệ hóa học có thể tăng lên. Công trình của ông góp phần biến một khả năng toán học thành câu hỏi mà các nhà hóa học có thể kiểm nghiệm bằng thí nghiệm.

Điều gì khiến phản ứng Soai trở thành bước đột phá?

Soai theo đuổi một khả năng khác: sản phẩm của phản ứng đóng vai trò chất xúc tác để tạo thêm chính nó. Quá trình này được gọi là tự xúc tác. Khi sản phẩm có tính bất đối xứng và ưu tiên tạo thêm dạng ảnh gương của chính nó, phản ứng có thể khuếch đại một mất cân bằng nhỏ thông qua vòng phản hồi.

Soai và các đồng nghiệp công bố một phản ứng tự xúc tác ban đầu vào năm 1990. Năm 1995, họ công bố một phản ứng liên quan, sau này trở thành phản ứng Soai mang tính bước ngoặt: một sản phẩm bất đối xứng xúc tác cho chính quá trình hình thành nó theo cách có thể làm tăng tỷ lệ một đồng phân đối quang. Năm 2003, nhóm công bố một phiên bản khuếch đại mất cân bằng ban đầu rất nhỏ, tạo ra vật chất có 99,75% là một đồng phân đối quang.

Kết quả này chứng minh trong phòng thí nghiệm rằng một phản ứng có thể tiến gần đến trạng thái chỉ gồm một dạng mà không cần dựa vào phân tử bất đối xứng bên ngoài để quyết định dạng nào chiếm ưu thế. Heiner Linke, chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, cho biết Kagan và Soai đã đưa ra “lời giải cho một bí ẩn hóa học đã tồn tại hơn một thế kỷ: tính đồng bất đối xứng có thể xuất hiện một cách tự phát như thế nào”. Tính đồng bất đối xứng nghĩa là một hệ thống chủ yếu sử dụng một trong hai dạng phân tử có thể có.

Phản ứng này thường được nhắc đến trong mối liên hệ với nguồn gốc sự sống, nhưng cần diễn giải thận trọng. Phản ứng Soai cho thấy cách phản hồi hóa học có thể khuếch đại một mất cân bằng nhỏ. Các nhà nghiên cứu lưu ý phản ứng này cần những chất phản ứng và điều kiện cụ thể, trong đó có điều kiện không tương thích với nước, nên khó có khả năng nó từng diễn ra đúng như thiết kế trên Trái Đất thời tiền sinh học. Tầm quan trọng của phản ứng một phần nằm ở việc chứng minh một nguyên lý mà các nhà nghiên cứu có thể đối chiếu với những con đường khả dĩ khác dẫn đến sự bất đối xứng phân tử.

Vì sao công trình này có ý nghĩa ngoài nghiên cứu nguồn gốc sự sống

Kiểm soát tính bất đối xứng phân tử là yếu tố cốt lõi trong quá trình điều chế nhiều loại thuốc và hóa chất hữu ích khác. Một phản ứng tạo chọn lọc một đồng phân đối quang có thể giảm nhu cầu tách hỗn hợp sau đó và giúp nhà sản xuất tạo ra các hợp chất có đặc tính dễ dự đoán hơn. Giải Nobel ghi nhận những khám phá đã định hình cách các nhà hóa học hiểu và thiết kế các phản ứng như vậy.

Lịch sử y học cho thấy mức độ quan trọng của vấn đề. Thalidomide, được kê đơn vào đầu thập niên 1960 để điều trị ốm nghén, có liên quan đến các dị tật bẩm sinh nghiêm trọng. Những nghiên cứu sau này thu hút sự chú ý đến khác biệt về tác động sinh học giữa các dạng ảnh gương của thuốc. Ví dụ này thường được nhắc đến để giải thích vì sao các nhà hóa học nghiên cứu tính bất đối xứng, dù hành vi sinh học của thalidomide phức tạp hơn cách phân chia đơn giản trong đó một dạng có hại còn dạng kia an toàn.

Nhiều phân tử quen thuộc khác cũng cho thấy ảnh gương của chúng có thể có đặc tính khác nhau. Chẳng hạn, hai dạng của carvone gắn với mùi bạc hà và mùi caraway. Nguyên lý tương tự có thể ảnh hưởng đến cách thuốc, thuốc trừ sâu và các hợp chất khác tương tác với những đích sinh học. Cấu trúc phân tử, bao gồm tính bất đối xứng, góp phần quyết định tác dụng của nó.

Công trình của Kagan và Soai cũng nằm trong bước phát triển rộng hơn của lĩnh vực tổng hợp bất đối xứng, tức phương pháp điều hướng phản ứng để tạo ra đồng phân đối quang mong muốn. Giải Nobel Hóa học năm 2001 ghi nhận William Knowles, Ryoji Noyori và Barry Sharpless nhờ những tiến bộ trong xúc tác bất đối xứng. Kagan và Soai nghiên cứu một câu hỏi liên quan nhưng khác biệt: sự mất cân bằng có thể được khuếch đại như thế nào, trong đó có trường hợp sản phẩm xúc tác cho chính quá trình hình thành nó.

Giải thưởng khoa học cơ bản gắn với Nhật Bản

Soai sinh năm 1950 tại tỉnh Hiroshima, theo học Đại học Tokyo và nhận bằng tiến sĩ khoa học. Sau thời gian nghiên cứu tại Nhật Bản và Đại học Bắc Carolina, ông trở thành giáo sư tại Đại học Khoa học Tokyo. Năm 2012, ông được trao Huân chương Ruy băng Tím của Nhật Bản và hiện là giáo sư danh dự.

Tại cuộc họp báo trong ngày trao giải, Soai mô tả nghiên cứu là quá trình liên tục tiến hành thí nghiệm mà không biết kết quả dự kiến có xuất hiện hay không. Ông cho biết mình không quá bận tâm đến khó khăn, bởi việc khám phá những dữ kiện thực nghiệm mới mang lại niềm vui và sự kinh ngạc. Ông cũng ghi nhận môi trường nghiên cứu của trường đại học và các sinh viên làm việc cùng mình.

Đây là năm thứ ba liên tiếp một cá nhân hoặc tổ chức đến từ Nhật Bản nhận giải Nobel, sau các chủ nhân giải Nobel người Nhật năm 2024 và 2025. Soai cũng nối dài danh sách các nhà hóa học Nhật Bản được vinh danh nhờ công trình trong hóa học hữu cơ, lĩnh vực nghiên cứu các hợp chất chứa carbon, bao gồm protein, đường và nhiều loại thuốc.

Những câu hỏi khoa học nào vẫn còn bỏ ngỏ?

Giải thưởng không giải đáp nguồn gốc của tính bất đối xứng trong hóa học sự sống. Giải thưởng ghi nhận những tiến bộ thực nghiệm và khái niệm cho thấy sự mất cân bằng hóa học có thể được khuếch đại như thế nào, đồng thời để ngỏ câu hỏi về những quá trình đã diễn ra trong tự nhiên trước khi sự sống xuất hiện. Các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm hiểu những cơ chế khác, bao gồm tác động liên quan đến tinh thể, bề mặt và các điều kiện vật lý có thể ưu tiên một dạng hơn dạng kia.

Đó cũng là một phần giá trị của công trình này. Phản ứng Soai là ví dụ nổi bật về quá trình tự xúc tác bất đối xứng, trong khi các hiệu ứng phi tuyến của Kagan giúp lý giải cách hỗn hợp chất xúc tác có thể tạo ra mức ưu tiên mạnh ngoài dự đoán. Kết hợp lại, những khám phá này cung cấp cho các nhà hóa học công cụ nghiên cứu tính bất đối xứng phân tử, cả trong tổng hợp thực tiễn lẫn các câu hỏi về nguồn gốc sự sống.

Soai cho biết ông hy vọng sự ghi nhận này sẽ giúp hóa học tổng hợp thu hút thêm sự chú ý và thúc đẩy nghiên cứu tiếp tục phát triển. Giải Nobel tôn vinh chuỗi công trình bắt đầu từ một câu hỏi tồn tại cả thế kỷ và dẫn đến một minh chứng ấn tượng trong phòng thí nghiệm: trong những điều kiện thích hợp, hóa học có thể ưu tiên một dạng ảnh gương và củng cố lựa chọn đó.

Điểm chính

• Kenso Soai và Henri B. Kagan giành giải Nobel Hóa học năm 2026.
• Giải thưởng ghi nhận các hiệu ứng phi tuyến và quá trình tự xúc tác trong tổng hợp hữu cơ bất đối xứng.
• Năm 1986, Kagan cho thấy một mất cân bằng nhỏ về chất xúc tác có thể tạo ra mức mất cân bằng lớn hơn trong các sản phẩm phản ứng.
• Phản ứng của Soai chứng minh một sản phẩm bất đối xứng có thể xúc tác để tạo ra thêm dạng của chính nó.
• Những phát hiện này góp phần thúc đẩy tổng hợp hóa học và cung cấp một mô hình nghiên cứu nguồn gốc tính bất đối xứng phân tử của sự sống, nhưng không giải đáp được câu hỏi đó.