Tay trái, tay phải: Cách một giải Nobel cuối cùng đã giải quyết vấn đề gương phân tử
Một số phân tử tồn tại thành từng cặp là hình ảnh gương của nhau, giống như tay trái và tay phải. Chúng trông gần như giống hệt nhau, nhưng sinh học đối xử với chúng rất khác biệt. Một phiên bản của thuốc có thể chữa bệnh; phiên bản gương của nó có thể vô dụng, hoặc nguy hiểm.
Đó là vấn đề mà giải Nobel Hóa học năm nay nhằm giải quyết. Giải thưởng được trao cho Henri B. Kagan và Kenso Soai vì đã khám phá ra các hiệu ứng phi tuyến tính và tự xúc tác trong tổng hợp hữu cơ bất đối xứng. Nói một cách đơn giản, họ đã tìm ra cách thúc đẩy một phản ứng hóa học ưu tiên một dạng gương hơn dạng kia, và để cho sự ưu tiên đó tự khuếch đại.
Những gì đang bị đe dọa không hề trừu tượng. Vào cuối những năm 1950 và đầu những năm 1960, một loại thuốc an thần gọi là thalidomide đã được kê cho phụ nữ mang thai để giảm ốm nghén. Một dạng gương của phân tử giúp giảm buồn nôn; dạng kia có thể can thiệp vào sự phát triển của thai nhi. Hàng nghìn trẻ sơ sinh trên khắp hàng chục quốc gia đã sinh ra với dị tật chi nghiêm trọng. Thảm họa này đã định hình lại quy định về thuốc trên toàn thế giới và khiến câu hỏi về tính thuận tay của phân tử không thể bị bỏ qua.
Các nhà hóa học từ lâu đã biết rằng về lý thuyết, bạn có thể thiết kế các phản ứng chỉ tạo ra một dạng gương. Điều bí ẩn là làm thế nào để thực hiện điều đó một cách đáng tin cậy. Một phản ứng bắt đầu với sự mất cân bằng nhỏ giữa hai dạng thường vẫn giữ mức nhỏ. Công trình của Kagan cho thấy trong một số phản ứng nhất định, sự mất cân bằng có thể tăng lên một cách không tương xứng, một hiệu ứng phi tuyến tính. Soai sau đó đã chứng minh tự xúc tác, nơi sản phẩm của phản ứng tăng tốc sự hình thành của chính nó và khóa chặt một tính thuận tay, một loại ký ức hóa học.
Cùng nhau, những ý tưởng này đã cho các nhà hóa học công cụ để điều khiển phản ứng với mức độ kiểm soát lớn hơn nhiều. Điều đó quan trọng đối với dược phẩm, nơi các cơ quan quản lý hiện yêu cầu dữ liệu chi tiết về dạng gương nào mà một loại thuốc chứa. Nó cũng quan trọng đối với nông nghiệp và vật liệu, bất cứ nơi nào hình dạng của phân tử quyết định liệu nó có hoạt động hay không.
Sự công nhận này theo một mô hình trong mùa Nobel năm nay. Giải y học vinh danh quang di truyền, một kỹ thuật sử dụng ánh sáng để bật và tắt tế bào não. Giải vật lý thuộc về những người xây dựng IceCube, một máy dò neutrino một km khối được chôn trong băng Nam Cực. Như một bài xã luận khoa học Trung Quốc đã nói, các giải thưởng liên tục biến những điều vô hình thành hữu hình và những điều không thể thành có thể.
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc cũng tích cực trong lĩnh vực này. Các tổ chức trên khắp cả nước nghiên cứu hóa học chiral và xúc tác bất đối xứng, và chủ đề này là một phần cốt lõi của các chương trình sau đại học về tổng hợp hữu cơ. Trích dẫn Nobel có khả năng sẽ thúc đẩy nhiều sinh viên hơn hướng tới nó.
Đối với phần còn lại của chúng ta, bài học đơn giản hơn. Hình dạng của một phân tử không phải là một chi tiết. Nó có thể quyết định liệu một loại thuốc giúp ích cho người mẹ hay gây hại cho con cô ấy. Hai nhà hóa học đã dành cả sự nghiệp để học cách kiểm soát hình dạng đó, và giải thưởng là lời nhắc nhở về lý do tại sao công việc chậm rãi để hiểu vật chất vẫn còn quan trọng.