Henry B. B. Kagan, Nobelpreisträger für Chemie 2026, und Hsia Constitution III haben nicht nur einen Weg gefunden, chemische Reaktionen stärker zur Erzeugung der benötigten Moleküle zu führen, sondern auch autokatalytische Reaktionen erreicht, die es Produkten ermöglichen, als "Helfer" zu wirken – nicht nur den richtigen "Schlüssel" zu finden, sondern auch mehr "identische Produkte" herzustellen. Diese Entdeckungen unterstützen nicht nur die Arzneimittelherstellung, sondern liefern auch Hinweise zur Lösung der Rätsel der chemischen Gemeinschaft: Warum bevorzugen bestimmte Schlüsselmoleküle in Lebenssystemen in der Spiegelwelt einer dieser Formen?

Die Ankündigungsszene des Nobelpreises für Chemie 2026 wurde am 7. Oktober in Stockholm, Schweden, fotografiert

Der molekulare "Schlüssel" hat seine "links und rechts"

Wenn wir unsere Hände zusammenbringen, können die Umrisse beider Hände zusammengedrückt werden, aber egal wie wir sie umdrehen, sie können nicht vollständig zusammenfallen. Einige Moleküle haben auch eine Art "Links-Rechts-Teilung", bei der sie Spiegelbilder voneinander sind, aber nicht umgedreht und überlappen können. Chemiker nennen diese Eigenschaft Chiralität. Hier sind "links" und "rechts" Metaphern, um räumliche Formen besser zu verstehen.

Bildquelle: Offizielle Website des Nobelpreises; dies ist ein schematisches Diagramm der Handlichkeit

Der Unterschied im Spiegelbild der molekularen Welt ist manchmal in einem Geruchshauch verborgen. Zum Beispiel riecht ein Spiegelisomer des Carvone wie Minze in Zahnpasta, während ein anderer nach Kümmel riecht. Ihre atomare Zusammensetzung ist dieselbe, aber ihre räumliche Anordnung darf sich nicht überschneiden. Auf der Pressekonferenz zum Nobelpreis in Chemie am 7. erklärte der Vorsitzende des Nobelchemiekomitees, Heiner Link, dass die Nase diesen Unterschied erkennen kann, weil die Rezeptoren, die Gerüche erkennen, ebenfalls chiral sind und die beiden Spiegelmoleküle unterschiedlich erkennen.

Was ist das große Problem an diesem räumlichen Unterschied? Zou Xiaodong, Mitglied des Nobelkomitees für Chemie, erklärte in einem Interview mit der Xinhua News Agency am 7., dass es sich anfühlt, als würde man einen Handschuh an der rechten Hand und einen Handschuh in der linken Hand tragen – das ist umständlich – Arzneimittelmoleküle interagieren mit menschlichen Proteinen, und auch die räumliche Struktur muss berücksichtigt werden.

Wichtige Moleküle in Lebenssystemen, wie Aminosäuren, zeigen ebenfalls eine deutliche chirale Verzerrung. Woher kommt diese "Präferenz" für Leben? Gleichzeitig verfolgen Chemiker ein praktisches Ziel: so viele Spiegelmoleküle wie möglich herzustellen, anstatt zuerst zwei zu gewinnen und dann Schwierigkeiten zu haben, zwischen ihnen zu unterscheiden. Deshalb brachten sie chirale Katalysatoren als "Helfer" ein – nicht nur, um Reaktionen zu fördern, sondern auch um mehr von einem Spiegelmolekül zu erzeugen.

Aber was, wenn die "Helfer" auch "links und rechts gemischt" sind?

Lass "Helfer" Präferenzen verstärken

Bildquelle: Offizielle Website des Nobelpreises. Dies ist ein schematisches Diagramm nichtlinearer Effekte in asymmetrischen chemischen Reaktionen, das von Kagan entdeckt wurde

Anfangs glaubten Wissenschaftler, dass die chirale Reinheit des Katalysators linear mit der chiralen Reinheit des Produkts zusammenhängt. Daher wählen Forscher üblicherweise "Helfer" mit hoher chiraler Reinheit aus, um den "Schlüssel" zur höchstmöglichen chiralen Reinheit zu erhalten.

Doch Kagan begann, einen anderen Ansatz zu testen: Könnte die Interaktion chiraler Moleküle im Katalysator unerwartete Ergebnisse hervorbringen?

Eine von Cargan untersuchte Klasse von Katalysatoren besteht sowohl aus Metallen als auch aus chiralen Molekülen. Er stellte die Hypothese auf, dass, wenn zwei chirale Moleküle, die sich gegenseitig spiegelbildlich sind, durch Metalle verbunden werden, drei Kombinationen entstehen können: "links-links", "rechts-rechts" und "links-rechts". Wenn die Kombination "links-links" dazu neigt, "links" Produkte zu erzeugen, und die "rechts-rechts"-Kombination dazu neigt, "rechts" Produkte zu erzeugen, wie funktioniert dann die Kombination "links-rechts"?

Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass der "links-rechts"-Kombinationskatalysator chemische Reaktionen viel langsamer antreibt als die "rechts-rechts" oder "links-links"-Kombinationen. Daher ist der Vorteil der "rechts-rechts"-Kombination erheblich, selbst wenn das "rechts" anfangs nur geringfügig größer ist als das "links", was bedeutet, dass das Produkt die Verspannung im Katalysator "verstärkt".

1986 berichteten Kagan und Kollegen über einen "nichtlinearen Effekt" zwischen den chiralen Komponenten von Katalysatoren und der chiralen Reinheit von Produkten. Diese Entdeckung wurde zu einem wichtigen Durchbruch, der weitere Chemiker dazu brachte, das Phänomen zu erforschen und neue Ideen zur Verbesserung asymmetrischer Reaktionen eröffnete. Peter Schaumfoy, Mitglied des Nobelkomitees für Chemie, sagte in einem Interview, dass diese Entdeckungen "grundlegende Werkzeuge zur Planung und Analyse solcher Reaktionen" seien, wenn Methoden zur Synthese chiraler Wirkstoffmoleküle entwickelt werden.

Kleine Vorteile sollen sich immer tiefer ansammeln

Bildquelle: Offizielle Website des Nobelpreises. Dies ist ein schematisches Diagramm des asymmetrischen Autokatalyse-Phänomens, das von Hsia Hexian III entdeckt wurde

Allerdings ist es nicht dasselbe, den Unterschied einmal zu verstärken, wie ihn weiter ausdehnen zu lassen. Als Nächstes wollte Xia Hexian 3 eine einzigartigere Antwort finden: neu gebildete Moleküle auch als "Helfer" an die Produktionslinie zu erlauben.

Das ist die Grundidee der Autokatalyse: Das entstehende Material kann das Rohmaterial auch dazu bringen, mehr von derselben Substanz zu bilden. Wenn neu gebildete "richtige" Moleküle besser darin sind, "richtige" Moleküle zu produzieren, wird der ursprünglich winzige proportionale Vorteil dann immer größer werden?

Bereits 1953 schlug der Physiker Charles Frank ein Modell vor: Wenn ein Spiegelmolekül sowohl seine eigene Bildung fördern als auch die Bildung eines anderen Spiegelmoleküls hemmen kann, kann der anfänglich kleine Vorteil allmählich zunehmen.

Bis 1990 hatte Xia He Xian III die Einbeziehung von Produkten zur Katalysierung ihrer eigenen Bildung erreicht, doch die Chiralitätsreinheit der Produkte nahm tatsächlich ab. 1995 erzielten er und seine Kollegen einen entscheidenden Durchbruch: Das Produkt wirkte nicht nur weiterhin als "Assistent", sondern ermöglichte es dem zuvor dominanten Spiegelmolekül auch, den Anteil des Spiegelmoleküls weiter zu erhöhen.

2003 ging er noch weiter mit dem, was später als das "coolste organische Chemie-Experiment" bezeichnet wurde – die "Paddle-Fusionsreaktion": ausgehend von einem nicht-chiralen Reaktant wurden während der Reaktion zwei chirale Moleküle produziert. Dasjenige, das zunächst einen leichten Vorteil hatte, machte letztlich bis zu 99,99 % des Produkts aus.

Heute sind die Entdeckungen der beiden Preisträger zu wichtigen Werkzeugen geworden, um asymmetrische synthetische Reaktionen zu verstehen und zu entwerfen, die weit verbreitet in der organischen Synthese und Wirkstoffentwicklung eingesetzt werden. Das bedeutet jedoch nicht, dass das Rätsel um die chirale Verzerrung des Lebens gelöst ist, wie Xia He Xiansan sagte: "Dies ist sicherlich nicht die endgültige Antwort."

Von Händen, die sich nicht vollständig überlappen können, über einen schwachen Geruch an der Nasenspitze bis hin zu den winzigen Unterschieden im Reagenzglas verbinden das "linke und rechts" der Moleküle das Alltagsleben mit alten Fragen über das Leben. Woher kommt die "Präferenz" des Lebens? Die Antwort entfaltet sich in diesen subtilen Details.

Wu Xi Further Pharmaceutical Co., Ltd

Hauptprodukte

Palmitoylethanolamid(PEA) Mikro (CAS 544-31-0)

Spermidin-Trihydrochlorid (CAS 334-50-9)

Pterostilben (CAS 537-42-8)

Luteolin (CAS 491-70-3)

Voglibose (CAS 83480-29-9) JP GMP

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