Henri Kagan và Kenso Soai được trao giải Nobel Hóa học năm 2026 tại cuộc họp báo tại Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển ở Stockholm, Thụy Điển, ngày 7/10. Ảnh: Reuters.

Vừa qua, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố giải Nobel Hóa học 2026 thuộc về nhà hóa học Pháp Henri B. Kagan và nhà hóa học Nhật Bản Kenso Soai với công trình về “hiệu ứng phi tuyến và xúc tác tự động trong tổng hợp hữu cơ bất đối xứng”. Những phát hiện này giúp các nhà hóa học kiểm soát “hướng” của phân tử trong phản ứng, đồng thời cung cấp thêm manh mối cho một câu hỏi đã tồn tại hơn một thế kỷ: Vì sao sự sống gần như chỉ sử dụng một trong hai dạng ảnh gương của cùng một phân tử?

Hãy hình dung hai bàn tay của con người. Chúng có cùng số ngón và cấu trúc tương ứng, nhưng bàn tay trái không thể chồng khít hoàn toàn lên bàn tay phải. Trong hóa học, một số phân tử cũng tồn tại theo cách tương tự.

Hai dạng này có cùng các nguyên tử và kiểu liên kết hóa học nhưng là ảnh gương của nhau, được gọi là đồng phân đối quang, hay enantiomer. Điều đáng chú ý là sự sống không sử dụng hai dạng này theo tỷ lệ ngang nhau. Axit amin - những thành phần tạo nên protein - có thể tồn tại dưới hai dạng ảnh gương, nhưng protein của sinh vật gần như chỉ sử dụng một dạng. Các phân tử đường tham gia cấu tạo DNA cũng thể hiện sự lựa chọn theo một “hướng” nhất định. Hiện tượng này được gọi là tính đồng nhất lập thể, hay homochirality.

Trong phòng thí nghiệm, việc tạo ra một phân tử bất đối xứng lại không đơn giản. Phản ứng hóa học thường tạo ra cả hai dạng ảnh gương. Nếu mục tiêu là tạo ra một cấu hình cụ thể, nhà hóa học phải tìm cách khiến phản ứng ưu tiên một dạng thay vì tạo ra hỗn hợp gần như chia đều.

Điều này đặc biệt quan trọng trong y dược. Cơ thể con người cũng có cấu trúc bất đối xứng nên có khả năng phân biệt hai dạng ảnh gương của cùng một phân tử. Một dạng có thể tương tác phù hợp với protein hoặc enzyme và tạo ra tác dụng mong muốn, trong khi dạng còn lại có thể hoạt động yếu hơn, không có tác dụng hoặc gây ra tác động không mong muốn.

Thalidomide là một trong những bài học lịch sử nổi tiếng về vấn đề này. Loại thuốc từng được sử dụng cho phụ nữ mang thai vào cuối những năm 1950 và đầu những năm 1960 đã dẫn tới một vụ bê bối, cho thấy khác biệt về cấu hình phân tử có thể kéo theo những hậu quả sinh học nghiêm trọng.

Ảnh: ITN

Trong những năm 1980, các nhà hóa học tìm cách nâng cao hiệu quả của các phản ứng tổng hợp bất đối xứng. Mục tiêu là tạo ra chủ yếu một dạng ảnh gương thay vì một hỗn hợp gồm cả hai dạng.

Năm 1986, Henri Kagan phát hiện một cách kiểm soát phản ứng hóa học cho phép tạo ra một đồng phân đối quang với lượng cao hơn đáng kể so với dạng còn lại. Kết quả này cho thấy các phản ứng bất đối xứng không nhất thiết diễn ra theo cách “chia đều” đơn giản như cách người ta từng hình dung.

Phát hiện của Kagan mở ra một hướng tiếp cận mới. Thay vì chỉ quan tâm phản ứng tạo ra sản phẩm gì, các nhà hóa học có thể đặt thêm câu hỏi: Yếu tố nào khiến phản ứng ưu tiên một “ảnh gương” của phân tử hơn ảnh còn lại?

Việc tìm hiểu và kiểm soát sự ưu tiên này trở thành cơ sở để thiết kế những phản ứng có khả năng tạo ra cấu hình phân tử mong muốn.

Nếu Kagan giúp mở rộng cách nhìn về sự bất đối xứng, Kenso Soai đưa vấn đề đi xa hơn với hiện tượng xúc tác tự động.

Trong xúc tác tự động, sản phẩm của phản ứng có thể tham gia thúc đẩy chính phản ứng tạo ra nó. Nói cách khác, một lượng sản phẩm ban đầu có thể góp phần tạo thêm chính sản phẩm đó, khiến quá trình tự củng cố.

Năm 1995, Soai công bố một phản ứng cho thấy một lượng nhỏ ban đầu của một đồng phân đối quang có thể được khuếch đại đáng kể. Một chênh lệch rất nhỏ giữa hai dạng ảnh gương không chỉ tồn tại mà còn có thể trở thành lợi thế ngày càng lớn trong quá trình phản ứng.

Đến năm 2003, Soai công bố một phản ứng đặc biệt hơn. Phản ứng không cần một phân tử bất đối xứng làm “mồi” theo cách thông thường. Một chênh lệch cực nhỏ giữa hai dạng ảnh gương có thể xuất hiện do yếu tố ngẫu nhiên. Dạng tình cờ chiếm ưu thế sau đó thúc đẩy quá trình tạo thêm chính nó, khiến sự chênh lệch tiếp tục được khuếch đại.

Trong điều kiện thích hợp, một đồng phân có thể chiếm tới 99,99% sản phẩm. Khi thực hiện lại phản ứng, đồng phân đối diện cũng có thể trở thành dạng chiếm ưu thế, tùy vào phía nào tình cờ vượt lên ở thời điểm ban đầu. Theo Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, đây là một trong những thí nghiệm hóa học đặc sắc nhất từng được thực hiện.

Điểm quan trọng nằm ở cơ chế: một bất cân xứng ban đầu rất nhỏ có thể được hóa học khuếch đại thành một lựa chọn gần như tuyệt đối.

Công trình được Nobel vinh danh không trực tiếp tạo ra một loại thuốc mới. Giá trị của nó nằm ở những nguyên lý và công cụ giúp các nhà hóa học thiết kế phản ứng nhằm tạo ra đúng cấu hình phân tử mong muốn. Đây là vấn đề đặc biệt quan trọng trong quá trình phát triển dược phẩm, khi tỷ lệ giữa hai dạng ảnh gương có thể ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

Công trình Nobel Hóa học 2026 không chỉ giải một bí ẩn hơn một thế kỷ của hóa học mà còn có ý nghĩa quan trọng với việc phát triển dược phẩm. Ảnh: Getty.

Phạm vi ứng dụng không dừng ở thuốc. Theo Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, những hiểu biết và công cụ phát triển từ công trình này còn có ý nghĩa đối với các phản ứng được sử dụng trong sản xuất hương liệu, chất tạo mùi, hóa chất nông nghiệp và một số vật liệu mới.

Trong hóa học hương liệu, hai ảnh gương của cùng một phân tử đôi khi có thể tạo ra mùi hoặc vị khác nhau. Vì vậy, khả năng kiểm soát cấu hình phân tử có giá trị đối với việc tạo ra hương liệu và chất tạo mùi.

Các hợp chất dùng trong nông nghiệp cũng có thể mang tính bất đối xứng. Khi hai cấu hình phân tử tương tác khác nhau với hệ sinh học, việc kiểm soát cấu hình sản phẩm trở thành một yếu tố trong thiết kế hóa chất. Những nguyên lý từ công trình Kagan - Soai vì thế có thể được áp dụng để tạo ra các hóa chất nông nghiệp với cấu hình mong muốn.

Phạm vi này còn mở rộng tới một số vật liệu mới. Theo nghĩa rộng hơn, công trình được Nobel ghi nhận không chỉ giúp tạo ra một phân tử mà còn góp phần kiểm soát cấu trúc của phân tử ngay từ quá trình hình thành chúng.

Đằng sau những ứng dụng thực tế còn có một câu hỏi cơ bản hơn: Vì sao sự sống lại chọn một “bàn tay” của phân tử?

Khi các phân tử được hình thành trong những quá trình hóa học không sống, về nguyên tắc không có lý do đơn giản nào buộc hệ thống phải luôn ưu tiên một dạng ảnh gương. Thế nhưng sự sống trên Trái đất lại thể hiện tính “thuận tay” rõ rệt. Protein chủ yếu sử dụng một dạng của axit amin, trong khi các phân tử đường trong hệ sinh học cũng có sự lựa chọn tương tự.

Phản ứng của Soai cho thấy một khả năng đáng chú ý: một bất cân xứng rất nhỏ có thể được khuếch đại.

Điều này không chứng minh phản ứng Soai chính là cơ chế khiến sự sống xuất hiện, bởi đây vẫn là một hệ thống nhân tạo và khác với hóa học của sự sống. Tuy nhiên, nó cung cấp một mô hình để nghiên cứu cách một mất cân bằng ban đầu có thể được khuếch đại thành trạng thái đồng nhất lập thể.

Vì thế, ý nghĩa của công trình vượt khỏi phạm vi tổng hợp hóa học. Nó góp thêm một cách tiếp cận cho câu hỏi về việc làm thế nào vật chất vô tri có thể chuyển từ một trạng thái gần như cân bằng giữa hai dạng phân tử sang một hệ thống trong đó một “bàn tay” được ưu tiên áp đảo.

Câu chuyện này không bắt đầu từ Kagan hay Soai. Từ thế kỷ XIX, các nhà khoa học đã nhận ra sự tồn tại của những chất có dạng ảnh gương. Louis Pasteur từng nghiên cứu hiện tượng này khi làm việc với axit tartaric, một chất liên quan đến quá trình sản xuất rượu vang.

Qua nhiều thế hệ, hóa học dần tiến tới khả năng tạo ra các phân tử bất đối xứng có kiểm soát. Nhưng một câu hỏi quan trọng vẫn còn bỏ ngỏ: Làm thế nào một hệ thống hóa học có thể tự khuếch đại một lựa chọn ban đầu rất nhỏ?

Kagan và Soai góp phần hoàn thiện mắt xích này. Kagan chỉ ra những hiệu ứng phi tuyến có thể khiến phản ứng bất đối xứng không vận hành theo cách đơn giản như người ta từng nghĩ. Soai tiếp tục đưa nguyên lý khuếch đại vào hệ xúc tác tự động bất đối xứng, cho thấy một chênh lệch nhỏ có thể được khuếch đại rất mạnh.

Nobel Hóa học 2026 vì vậy ghi nhận một chuỗi khám phá kéo dài nhiều thập kỷ, thay vì một thí nghiệm đơn lẻ.

Từ một khái niệm tưởng như rất xa đời sống - kiểm soát tính bất đối xứng của phân tử - công trình của Kagan và Soai liên quan đến những sản phẩm quen thuộc như thuốc, nước hoa, hương liệu, hóa chất nông nghiệp và vật liệu mới. Quan trọng hơn, nó giúp các nhà khoa học có thêm một cách để nghiên cứu câu hỏi đã tồn tại hơn một thế kỷ: Trong thế giới phân tử có hai “bàn tay”, vì sao sự sống lại gần như chỉ chọn một?

Hai nhà khoa học không chỉ cho thấy cách kiểm soát sự lựa chọn đó trong hóa học. Công trình của họ còn cho thấy một khác biệt ban đầu rất nhỏ có thể được khuếch đại thành một đặc điểm áp đảo một gợi ý quan trọng để tiếp tục tìm hiểu “tính thuận tay” đặc biệt của hóa học sự sống.