Khoa học tự nhiên

Nobel Hóa học 2026: lời giải cho bí ẩn hóa học đã tồn tại hơn một thế kỷ và những ứng dụng tiềm năng (21/10/2026)

Giải Nobel Hóa học năm 2026 được trao cho Henri B. Kagan người Pháp và Kenso Soai người Nhật Bản vì những khám phá về hiệu ứng phi tuyến và hiện tượng tự xúc tác trong tổng hợp hữu cơ bất đối xứng. Công trình của hai nhà khoa học giúp giải thích một câu hỏi tồn tại hàng thế kỷ trong hóa học: vì sao từ hai dạng phân tử giống nhau như hình với ảnh trong gương, nhưng trong tự nhiên có thể ưu tiên gần như chỉ một dạng. Những kết quả này cũng có ý nghĩa quan trọng đối với sản xuất thuốc, hóa chất nông nghiệp, hương liệu và vật liệu mới.

Ngày 7/10, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố Nobel Hóa học 2026 thuộc về Henri B. Kagan, giáo sư danh dự tại Đại học Paris-Sud, nay là Đại học Paris-Saclay của Pháp, và Kenso Soai, giáo sư danh dự tại Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản.

Hai nhà khoa học được vinh danh “vì phát hiện các hiệu ứng phi tuyến và hiện tượng tự xúc tác trong tổng hợp hữu cơ bất đối xứng”. Theo Ủy ban Nobel, những khám phá này vừa góp phần giải quyết một vấn đề cơ bản của hóa học, vừa cung cấp công cụ quan trọng để các nhà hóa học phát triển và tối ưu các phản ứng tạo ra những phân tử có hình dạng không gian mong muốn.

Khi phân tử cũng có “tay trái” và “tay phải”

Để hiểu ý nghĩa của Nobel Hóa học năm nay, có thể bắt đầu từ hai bàn tay. Bàn tay trái và bàn tay phải có cùng cấu tạo nhưng không thể đặt chồng hoàn toàn lên nhau. Chúng là hình ảnh phản chiếu của nhau trong gương. Trong hóa học cũng tồn tại những phân tử như vậy.

Hai phân tử có thể chứa chính xác những nguyên tử giống nhau và có cách liên kết giống nhau, nhưng cách sắp xếp trong không gian lại đối xứng như tay trái với tay phải. Chúng được gọi là hai đồng phân đối quang. Sự khác biệt tưởng như rất nhỏ này đặc biệt quan trọng trong cơ thể sống.

Các protein, enzym và thụ thể trong cơ thể đều có cấu trúc ba chiều rất cụ thể. Vì vậy, một phân tử “thuận tay” theo một hướng có thể gắn rất tốt với một thụ thể, trong khi phân tử là ảnh gương của nó lại gắn kém hoặc tạo ra tác dụng khác.

Có thể hình dung giống như ổ khóa và chìa khóa. Hai chiếc chìa khóa đối xứng nhau có thể được làm từ cùng loại kim loại và có kích thước gần giống nhau, nhưng chỉ chiếc có hình dạng phù hợp mới mở được ổ khóa. Đây là lý do kiểm soát dạng đối quang của phân tử rất quan trọng khi sản xuất thuốc.

Ủy ban Nobel cũng chỉ ra một điều đặc biệt của sự sống: các axit amin dùng để tạo protein chủ yếu chỉ thuộc một dạng đối quang, trong khi các loại đường tham gia cấu tạo ADN cũng ưu tiên một dạng nhất định. Hiện tượng sự sống sử dụng gần như chỉ một “phía” được gọi là tính đồng nhất đối quang, hay có thể hiểu đơn giản là sự sống có xu hướng “thuận một tay”.

Vì sao sự sống trong tự nhiên lại chọn một phía?

Đây là câu hỏi khiến các nhà hóa học quan tâm trong hơn một thế kỷ. Khi thực hiện một phản ứng tạo ra phân tử có hai dạng đối quang mà không có yếu tố định hướng, thông thường nhà hóa học sẽ thu được hai dạng với lượng gần tương đương nhau.

Nhưng sự sống lại không hoạt động theo cách đó. Từ giữa thế kỷ XIX, Louis Pasteur đã nhận thấy các phân tử có thể tồn tại dưới hai dạng đối xứng gương. Sau đó, các nhà khoa học phát hiện sinh vật thường chỉ sử dụng một trong hai dạng.

Năm 1953, nhà vật lý Charles Frank đề xuất về mặt lý thuyết một cơ chế có thể giải thích hiện tượng này. Theo mô hình của ông, cần có một quá trình giúp một dạng phân tử được tạo ra nhiều hơn, đồng thời quá trình đó phải có khả năng tự tăng cường chính nó. Tuy nhiên, từ một mô hình toán học đến một phản ứng hóa học thực sự là khoảng cách rất lớn. Các công trình của Kagan và Soai đã góp phần lấp khoảng cách đó.

Henri Kagan và hiệu ứng khuếch đại sự khác biệt

Trong những năm 1980, Henri Kagan nghiên cứu các phản ứng bất đối xứng, tức những phản ứng được thiết kế để tạo ra nhiều một dạng đối quang hơn dạng còn lại. Khi đó, giới hóa học thường cho rằng mức độ bất đối xứng của chất xúc tác và mức độ bất đối xứng của sản phẩm có mối quan hệ khá đơn giản: nếu chất xúc tác chỉ hơi nghiêng về một dạng thì sản phẩm cũng chỉ hơi nghiêng theo hướng đó.

Kagan phát hiện điều này không phải lúc nào cũng đúng. Năm 1986, ông chứng minh rằng trong một số phản ứng, một sự chênh lệch tương đối nhỏ ở chất xúc tác có thể tạo ra sự chênh lệch lớn hơn nhiều trong sản phẩm. Mối quan hệ không đi theo đường thẳng, vì vậy hiện tượng này được gọi là hiệu ứng phi tuyến.

Điều quan trọng là hiệu ứng này cho phép các nhà hóa học hiểu rõ hơn cách chất xúc tác hoạt động và tìm cách điều chỉnh phản ứng để thu được sản phẩm có độ tinh khiết đối quang cao hơn. Phát hiện của Kagan nhanh chóng trở thành một công cụ nghiên cứu quan trọng trong hóa học bất đối xứng.

Kenso Soai và phản ứng có thể tự khuếch đại

Kenso Soai tiếp tục đi thêm một bước. Ông đặt câu hỏi: liệu sản phẩm của một phản ứng có thể trở thành chất xúc tác giúp tạo ra thêm chính nó hay không? Hiện tượng một sản phẩm thúc đẩy quá trình tạo ra thêm chính sản phẩm đó được gọi là tự xúc tác.

Sau nhiều thử nghiệm, năm 1995 Soai công bố một phản ứng đặc biệt. Ban đầu, một dạng đối quang chỉ nhiều hơn dạng còn lại khoảng 2%. Nhưng trong quá trình phản ứng tự xúc tác, sự khác biệt này được khuếch đại và cuối cùng một dạng chiếm ưu thế tới khoảng 87%. Các nghiên cứu sau đó cho thấy khả năng khuếch đại còn mạnh hơn nhiều. Một sự chênh lệch đối quang cực nhỏ có thể được tăng lên đến mức sản phẩm đạt độ tinh khiết trên 99%.

Đến năm 2003, Soai chứng minh một phản ứng có thể bắt đầu mà không cần chủ động đưa vào một chất định hướng thuận trái. Do những dao động rất nhỏ và ngẫu nhiên ban đầu, một dạng phân tử có thể xuất hiện nhỉnh hơn một chút. Sau đó, cơ chế tự xúc tác liên tục khuếch đại ưu thế này, cuối cùng khiến gần như toàn bộ sản phẩm thuộc về một dạng. Đây là một mô hình quan trọng cho thấy sự bất đối xứng có thể xuất hiện và được khuếch đại bằng chính các quy luật hóa học.

Ứng dụng quan trọng nhất là sản xuất dược phẩm

Giá trị thực tế rõ nhất của lĩnh vực hóa học bất đối xứng nằm ở ngành dược phẩm. Nhiều hoạt chất thuốc có thể tồn tại dưới hai dạng đối quang. Trong cơ thể, hai dạng này có thể có tác dụng khác nhau vì chúng tương tác khác nhau với enzym, protein hoặc thụ thể. Do đó, ngành dược cần những phương pháp giúp tạo ra đúng dạng phân tử mong muốn với độ tinh khiết cao.

Các hiệu ứng phi tuyến do Kagan phát hiện giúp các nhà nghiên cứu hiểu cơ chế của chất xúc tác và tối ưu phản ứng. Điều này hỗ trợ việc thiết kế quy trình tổng hợp tạo ra tỷ lệ cao dạng phân tử cần thiết. Theo Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, những kiến thức này có ý nghĩa lớn trong việc phát triển các phản ứng phục vụ sản xuất dược phẩm.

Từ thuốc đến hương liệu, nông nghiệp và vật liệu

Ứng dụng không chỉ giới hạn trong y học. Hình dạng không gian của phân tử cũng ảnh hưởng tới mùi và vị. Hai dạng đối quang của cùng một chất có thể được cơ thể cảm nhận khác nhau. Vì thế, khả năng kiểm soát dạng phân tử rất hữu ích trong sản xuất hương liệu, chất tạo mùi và các hợp chất dùng trong thực phẩm.

Trong nông nghiệp, nhiều thuốc bảo vệ thực vật cũng tác động lên các quá trình sinh học cụ thể. Việc tạo đúng dạng phân tử có hoạt tính có thể giúp sử dụng nguyên liệu hiệu quả hơn và hạn chế tạo ra những dạng không cần thiết.

Một số vật liệu mới cũng phụ thuộc vào cách các phân tử sắp xếp trong không gian. Kiểm soát tính đối quang có thể giúp điều chỉnh tính chất quang học, điện tử hoặc khả năng tương tác của vật liệu với các phân tử khác.

Ủy ban Nobel cho biết hiệu ứng phi tuyến của Kagan hiện là công cụ giúp các nhà hóa học tìm hiểu cơ chế và tối ưu phản ứng trong nhiều lĩnh vực, từ dược phẩm, chất tạo mùi, hương liệu, hóa chất nông nghiệp đến một số loại vật liệu.

Gợi ý về nguồn gốc tính bất đối xứng của sự sống

Công trình của Soai còn liên quan tới một câu hỏi lớn hơn: vì sao sự sống trên Trái Đất lại sử dụng gần như chỉ một dạng đối quang của nhiều phân tử quan trọng? Phản ứng Soai không phải là bằng chứng cho biết chính xác sự sống đầu tiên đã hình thành như thế nào. Các phân tử và điều kiện của phản ứng này cũng khác với hóa học trong những hệ sinh học sơ khai.

Tuy nhiên, nó chứng minh một nguyên lý quan trọng: một sự mất cân bằng cực nhỏ giữa hai dạng phân tử có thể được một cơ chế hóa học khuếch đại thành sự ưu thế rất lớn của một phía. Vì thế, phản ứng này trở thành một mô hình quan trọng trong nghiên cứu nguồn gốc của tính đồng nhất đối quang ở sinh vật. Các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu liệu những cơ chế tương tự có thể xảy ra với axit amin, đường và các phân tử liên quan trực tiếp tới sự hình thành sự sống hay không.

Tóm lại, Nobel Hóa học 2026 ghi nhận hai bước tiến có liên hệ chặt chẽ với nhau. Henri Kagan chứng minh rằng một khác biệt nhỏ về tính đối quang trong chất xúc tác có thể được khuếch đại mạnh trong sản phẩm thông qua hiệu ứng phi tuyến. Kenso Soai sau đó cho thấy một sản phẩm bất đối xứng có thể xúc tác cho quá trình tạo thêm chính nó, qua đó khuếch đại một ưu thế ban đầu rất nhỏ cho tới khi gần như chỉ còn một dạng phân tử. Những phát hiện này giúp giới khoa học hiểu rõ hơn cách tạo và kiểm soát các phân tử bất đối xứng. Chúng có ý nghĩa trực tiếp đối với thiết kế phản ứng trong sản xuất thuốc, hóa chất nông nghiệp, hương liệu và một số vật liệu mới, đồng thời cung cấp một mô hình quan trọng để nghiên cứu vì sao các phân tử của sự sống lại có xu hướng chỉ “thuận một tay”.

Nobel Hóa học 2026 vì vậy vừa ghi nhận một thành tựu của hóa học cơ bản, vừa cho thấy những nghiên cứu về cấu trúc phân tử có thể tạo ra ảnh hưởng lâu dài đối với y học, công nghiệp hóa chất và việc tìm hiểu nguồn gốc của sự sống.

P.T (tổng hợp)

Ngày cập nhật: 8/10/2026

https://www.vista.gov.vn/vi/news/khoa-hoc-tu-nhien/nobel-hoa-hoc-2026-loi-giai-cho-bi-an-hoa-hoc-da-ton-tai-hon-mot-the-ky-va-nhung-ung-dung-tiem-nang-13426.html