Nhà khoa học Nhật Bản nhận Nobel Hóa học 2026 nhờ nghiên cứu về “2 mặt gương” của cấu trúc phân tử

Ủy ban Giải Nobel Hóa học năm nay đã vinh danh nhà khoa học Nhật Bản Kenso Soai - Giáo sư danh dự của Đại học Khoa học Tokyo và nhà khoa học người Pháp Henri B. Kagan, nhờ công trình khám phá ra “các hiệu ứng phi tuyến tính và tự xúc tác trong tổng hợp hữu cơ bất đối xứng”.

Nghiên cứu này giúp mở ra khả năng kiểm soát chính xác hơn cấu trúc của các phân tử dùng trong dược phẩm, qua đó góp phần tạo nền tảng cho việc phát triển nhiều loại thuốc hiệu quả và an toàn hơn. 

Dạng ảnh gương của phân tử là gì? 

Ông Heiner Linke, Chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, giải thích rằng nhiều phân tử có thể tồn tại dưới 2 dạng ảnh gương, nghĩa là 2 dạng phân tử có cấu trúc giống nhưng là hình ảnh phản chiếu ngược lại của nhau, tương tự như bàn tay trái và bàn tay phải.  

Lấy ví dụ, hãy thử đặt bàn tay trái lên bàn tay phải. Hai bàn tay cùng có 5 ngón, cùng cấu trúc, hình dạng nhưng không thể chồng khít hoàn toàn lên nhau. Trong hóa học, đặc tính này được gọi là tính đối quang (chirality), trong đó từ “chiral” có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “bàn tay”. Còn 2 dạng ảnh gương của phân tử được gọi là các đồng phân đối quang. 

Hai đồng phân đối quang này có tính chất vật lý và hóa học giống nhau, nhưng có thể có hoạt tính sinh học khác nhau khi đặt vào trong cùng một môi trường. 

Đó cũng là thách thức mà các nhà hóa học phải đối mặt khi phát triển dược phẩm. Khi trong phân tử thuốc tồn tại 2 đồng phân đối quang rất giống nhau, nhưng vì hình dạng không gian “khác chiều” nên enzyme của cơ thể có thể nhận dạng các phân tử thuốc theo 2 chiều khác nhau, dẫn đến một cái có thể chữa bệnh nhưng cái kia có thể gây độc cho cơ thể. 

Lấy ví dụ như 2 đồng phân đối quang của hoạt chất levodopa: L-dopa và D-dopa. Trong đó L-dopa có tác dụng điều trị bệnh Parkinson, còn D-dopa với cấu trúc không gian ngược lại có thể gây giảm bạch cầu hạt (granulocytopenia) trong cơ thể người. 

Vì vậy, một trong những bài toán lớn của hóa học hữu cơ là làm thế nào để tạo ra phân tử chỉ tồn tại/ưu tiên/khuếch đại một dạng ảnh gương cần thiết, thay vì để lẫn cả dạng ảnh gương - đồng phân đối quang của nó.

Henri B. Kagan mở đường, Kenso Soai hiện thực hóa

Từ những năm 1980, nhà khoa học Henri B. Kagan đã chỉ ra rằng các phản ứng hóa học có thể được thiết kế để ưu tiên tạo ra một dạng ảnh gương của phân tử, được gọi là “hiệu ứng phi tuyến tính” trong tổng hợp hóa học bất đối xứng. 

Nghiên cứu của ông cho thấy, nếu khuếch đại sự chênh lệch giữa hai dạng ảnh gương, một đồng phân đối quang có thể phát triển vượt trội hơn so với đồng phân còn lại. 

Nhiều năm sau, nhà khoa học Kenso Soai tiến thêm một bước với nghiên cứu “cơ chế tự xúc tác” trong các phản ứng tổng hợp hóa học bất đối xứng. Năm 1995, ông công bố một loại phản ứng hóa học mà trong đó, sản phẩm tạo thành sẽ đồng thời đóng vai trò là chất xúc tác cho quá trình phản ứng để tạo ra chính nó.