نوبل شیمی ۲۰۲۶ به کاگان و سوآی رسید؛ چرا دست‌سانی مولکول‌ها مهم است؟

آکادمی سلطنتی علوم سوئد جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۶ را روز چهارشنبه ۷ اکتبر به هانری بی. کاگان، شیمی‌دان فرانسوی، و کنسو سوآی، شیمی‌دان ژاپنی، اعطا کرد. این دو پژوهشگر به‌طور مشترک برای کشف «اثرهای غیرخطی و خودکاتالیز در سنتز آلی نامتقارن» برگزیده شدند؛ کاری که نشان داد واکنش شیمیایی چگونه می‌تواند یکی از دو شکل آینه‌ای یک مولکول را تقویت کند.

عبارت رسمی جایزه ممکن است فنی به نظر برسد، اما پرسش پشت آن ساده و مهم است: چرا طبیعت در بسیاری از موارد فقط یکی از دو «دست» یک مولکول را به کار می‌گیرد و شیمی‌دانان چگونه می‌توانند همان انتخاب را در آزمایشگاه کنترل کنند؟ پاسخ این پرسش هم برای ساخت دقیق‌تر مواد و داروها اهمیت دارد و هم برای فهم یکی از ویژگی‌های بنیادی شیمی حیات.

مولکول‌هایی شبیه دست چپ و راست

برخی مولکول‌ها دو شکل دارند که ترکیب اتمی‌شان یکسان است، اما مانند دست چپ و راست تصویر آینه‌ای یکدیگرند و روی هم منطبق نمی‌شوند. به این ویژگی «کایرالیته» یا دست‌سانی می‌گویند و دو شکل آینه‌ای را «انانتیومر» می‌نامند.

این تفاوت ظاهراً کوچک می‌تواند رفتار بزرگی ایجاد کند، زیرا مولکول‌ها برای اتصال به آنزیم‌ها، گیرنده‌ها یا مولکول‌های دیگر باید از نظر فضایی جور باشند. یک نمونه ساده، کاروون است: دو شکل آینه‌ای آن بوهای متفاوت نعناع و زیره ایجاد می‌کنند. در داروسازی نیز ممکن است دو انانتیومر یک ماده اثر یکسانی نداشته باشند؛ بنابراین تولید انتخابی شکل مورد نظر، بخشی اساسی از شیمی دارویی مدرن است.

حیات نیز به شکل چشمگیری یک‌سویه است. پروتئین‌ها عمدتاً از یک آرایش مشخص آمینواسیدها ساخته می‌شوند و قندهای سازنده DNA نیز جهت‌گیری خاص خود را دارند. با این حال، واکنش‌های معمول آزمایشگاهی اغلب مخلوطی تقریباً برابر از دو تصویر آینه‌ای تولید می‌کنند. اینکه چگونه یک عدم‌تعادل کوچک می‌تواند به غلبه تقریباً کامل یک شکل برسد، مدت‌ها یکی از معماهای شیمی بود.

کاگان چه چیزی نشان داد؟

پژوهش کاگان نشان داد رابطه میان خلوص آینه‌ای کاتالیزگر و محصول همیشه خطی نیست. به زبان ساده، اگر کاتالیزگر فقط اندکی به یک «دست» متمایل باشد، محصول می‌تواند بسیار بیش از آنچه انتظار می‌رود به همان سمت متمایل شود. این پدیده که به «اثر غیرخطی» معروف شد، به شیمی‌دانان نشان داد یک عدم‌تقارن کوچک الزاماً نتیجه‌ای کوچک ایجاد نمی‌کند.

اهمیت این کشف فقط در افزایش بازده نبود. اثر غیرخطی ابزار تازه‌ای برای فهم رفتار کاتالیزگرها و طراحی واکنش‌هایی فراهم کرد که یک انانتیومر را با گزینش‌پذیری بالاتر می‌سازند. این منطق بعدها به توسعه روش‌های سنتز نامتقارن در دارو، عطر، طعم‌دهنده و مواد پیشرفته کمک کرد.

واکنش سوآی؛ محصولی که خودش را تقویت می‌کند

سوآی گام مکمل را برداشت و واکنشی ساخت که در آن محصول، خود به کاتالیزگر ادامه همان واکنش تبدیل می‌شود. این فرایند «خودکاتالیز» نام دارد. اگر در آغاز فقط برتری بسیار کوچکی برای یکی از دو شکل آینه‌ای وجود داشته باشد، هر دور واکنش همان شکل را بیشتر تولید می‌کند و عدم‌تعادل اولیه تقویت می‌شود.

واکنش سوآی به این دلیل برجسته شد که نشان داد شیمی، بدون سازوکارهای زیستی، می‌تواند از یک جانبداری بسیار کوچک به محصولی با خلوص آینه‌ای بسیار بالا برسد. این آزمایش پاسخ نهایی درباره منشأ دست‌سانی حیات نیست، اما یک سازوکار آزمایش‌پذیر ارائه می‌دهد که توضیح می‌دهد چگونه نامتقارنی می‌تواند خودبه‌خود بزرگ شود.

این جایزه دقیقاً چه چیزی را ثابت نمی‌کند؟

اعطای نوبل به این معنا نیست که هر داروی مدرن مستقیماً با واکنش سوآی ساخته می‌شود یا یک محصول درمانی مشخص حاصل همین دو کشف است. ارزش کار کاگان و سوآی بنیادی‌تر است: آن‌ها اصولی را روشن کردند که شیمی‌دانان با تکیه بر آن‌ها می‌توانند واکنش‌های نامتقارن را بهتر طراحی و تفسیر کنند.

استدلال قوی‌ترِ محتاطانه این است که صنعت دارو پیش از این پژوهش‌ها نیز راه‌هایی برای جداسازی یا ساخت انانتیومرها داشت. تفاوت کار برندگان در این بود که فهم مکانیزم تقویت و کنترل انتخاب مولکولی را عمیق‌تر کرد و دامنه طراحی واکنش‌ها را گسترش داد. بنابراین اثر جایزه را باید در یک زنجیره طولانی از پیشرفت‌های شیمی آلی دید، نه به‌عنوان اختراع ناگهانی یک داروی واحد.

جایزه و آنچه باید دنبال کرد

کاگان و سوآی جایزه ۱۲ میلیون کرون سوئد را به‌طور مساوی تقسیم می‌کنند. مراسم اهدای جوایز طبق سنت نوبل در ۱۰ دسامبر در استکهلم برگزار خواهد شد. در ادامه، انتشار سخنرانی‌های نوبل و اسناد علمی کمیته روشن‌تر می‌کند که آکادمی کدام حلقه‌های تاریخی و آزمایش‌های کلیدی را در تصمیم خود برجسته کرده است.

مهم‌ترین معیار برای سنجش ادامه اثر این حوزه، ظهور روش‌های ساده‌تر، کم‌هزینه‌تر و مقیاس‌پذیرتری است که بتوانند یک انانتیومر مطلوب را با مواد اولیه و پسماند کمتر تولید کنند. اگر چنین روش‌هایی از آزمایشگاه به تولید صنعتی برسند، پیوند میان این کشف بنیادی و ساخت داروها و مواد دقیق‌تر ملموس‌تر خواهد شد.