卡甘及硤合憲三獲本年度化學獎。(路透社)
本年度諾貝爾獎昨天公布化學獎，由法國化學家卡甘(Henri B. Kagan)以及日本化學家硤合憲三(Kenso Soai)共同獲得，以表揚其發現不對稱有機合成中的「非線性效應」(non-linear effects)以及「自催化作用」(autocatalysis)，為化學家設計藥物等提供關鍵理論基礎。
大自然很多分子都具有所謂的「手性」(chirality)，即跟人類的左右手一樣，雖然互為鏡像，但若掌心向下重疊，會發現大拇指的方向剛好相反。但科學家發現，地球上所有生物在形成相關分子時，竟然有極端的偏好，例如構成人體蛋白質的胺基酸，以及DNA中的糖分子，分別只採用「左手版」及「右手版」，科學家將這種現象稱為「同手性」(homochirality)。由於許多藥物亦有兩種鏡像形式，其中一種可能具有治療作用，另一種則可能無效甚至有害，因此如何精準製造單一鏡像分子，一直是化學界的重要課題。
分子「同手性」曾是化學界難題
化學家長期無法解釋為何生命會形成這種單一方向的手性(同手性)。若要控制「產物」——即化學反應後製造出來的最終成品，走向特定方向，必須加入特殊的「催化劑」，這是一種能像引路人的加速反應、引導分子結構走向特定方向的媒介。在1986年前，化學界普遍認為催化劑中「左手版」與「右手版」的「手性比例」(即某一種方向催化劑所佔的百分比)，會直接、按比例(線性)地反映在最終成品︰如用六成左手方向的催化劑，只能做出六成左手的成品。
卡甘發現非線性效應
但卡甘打破了這個傳統觀念，他發現催化劑中的手性比例與產物並非線性關係，而是呈現曲線變化的「非線性效應」。這意味即使一開始催化劑的左手方向偏向很微小，甚至只有一點點，也難以置信地能大幅提高某一鏡像分子的生成比例，做出極高純度的單一方向產物。這項發現成為現代化學家設計高純度藥物、香料與新材料的重要工具。
硤合憲三實現不對稱自催化
受到卡甘啟發，硤合憲三想更進一步，看能否設計出一種反應，讓生成的產物自己當自己的催化劑，像滾雪球一樣自我複製？他於1995年成功找到一種化合物，實現了「不對稱自催化」。在實驗中，反應剛開始時「左手版」與「右手版」分子僅有2%的極微小差異，但由於生成的產物具有自我催化的特性，佔優勢的那一方會瘋狂加速自身的生成速度，並同時壓制對手，在這種如同滾雪球般的連鎖放大效應下，最終讓原本僅有2%的微小差距，戲劇性地放大至87%的壓倒性優勢。到了2003年，他公布化學史一項重要實驗「硤合反應」——在完全沒有手性的初始條件下，僅靠隨機產生的極微小差異，就能透過自催化機制不斷放大，最終讓單一鏡像分子佔最終產物99.99%。
諾貝爾委員會指，卡甘與硤合憲三的研究，不僅為藥物、農業化學品製造提供關鍵的理論與生產基礎，更為化學界解開長久以來的重大謎團提供了關鍵答案：生命中的同手性如何產生。