95岁卡根终于等到诺奖,25年前法国部长曾为他写信抱不平
亨利·卡根。图源:法兰西学院
撰文 | 张天祁 戴晶晶
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10月7日,瑞典皇家科学院将2026年诺贝尔化学奖授予法国化学家亨利·卡根(Henri B. Kagan)和硤合宪三(Kenso Soai),表彰他们发现不对称有机合成中的非线性效应和自催化现象。
卡根是法国巴黎第十一大学(Université Paris-Sud)退休教授,他出生于1930年12月15日,再过两个月就96岁了。对他来说,这份等待格外漫长。
25年前,诺贝尔化学奖同样授予不对称催化领域。当年的奖项颁给美国化学家威廉·诺尔斯(William S. Knowles)、巴里·夏普莱斯(K. Barry Sharpless)和日本化学家野依良治(Ryoji Noyori),表彰他们在催化不对称合成方面的工作[1]。
当时,卡根是呼声很高的候选人,结果公布后,他却没有出现在三位获奖者之中。
三天后,《世界报》报道,法国化学界对结果普遍失望。一位化学家接受采访时说,三位获奖者当然配得上这个奖,但不理解为什么没有把卡根也包括进去[2]。10月16日,《世界报》又发表题为《亨利·卡根被偷走的诺贝尔化学奖》(Le Nobel de chimie volé à Henri Kagan)的文章,称“诺贝尔奖理应奖励最先作出发现的人[3]”。
法国政府随后也介入此事。时任科研部长罗歇-热拉尔·施瓦岑贝格(Roger-Gérard Schwartzenberg)致信诺贝尔基金会,对卡根没有获奖提出异议。《自然》当年专门报道了这一事件,并称一名政府部长直接就诺奖人选提出抗议,是一次不同寻常的举动[4]。
卡根自己倒是没有参加这场声势不小的抗议。诺奖公布当天,他正准备前往伦敦开会。学生吉尔贝·巴拉沃纳(Gilbert Balavoine)到车站接他,一时不知道该说些什么。卡根反倒开了句玩笑:至少这样,就不会有记者追着自己跑了。
2013年再回忆这一天时,他没有否认失望。几个月前,沃尔夫化学奖刚刚授予卡根、野依良治和夏普莱斯,表彰三人在不对称催化和手性分子合成方面的贡献[5]。当诺贝尔化学奖也选择了这个领域,卡根原本离领奖台似乎只有一步之遥。
这一等又是25年。2026年,已经95岁的卡根终于获得诺贝尔化学奖。不过,这一次让他获奖的,并不是2001年争议最大的DIOP和不对称氢化,而是他1980年代发现的另一种现象,不对称合成中的非线性效应。[6]
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卡根1930年出生于法国。后来成为世界知名化学家,但他年轻时并没有一条早早规划好的学术道路。中学最初几年,他读的是偏文学的课程,并不喜欢,改读理科以后才逐渐对科学产生兴趣。
周末,他会去巴黎发现宫看科学演示,尤其喜欢核物理和天文学。高中毕业后,他想的是读化学、当工程师,最后进入工业界。巴黎国立高等化学学院的入学考试,他第一次没有考上,第二次才通过[5]。
1954年毕业时,卡根仍然准备找一份工业界工作,却被法国当时的兵役制度打乱了安排。因为体重不足,他的服役时间被推迟,企业也很难在不知道他什么时候会去服役的情况下正式聘用他。卡根不愿意白等一年,于是决定先找个实验室做研究。这个临时决定,最后把他留在了学术界。
他进入法兰西学院,让·雅克(Jean Jacques)指导他做博士论文。那时的实验条件远没有后来精细。实验室需要活性较好的锌,法兰西学院对面恰好有一家使用锌版的印刷厂,印刷厂扔掉的锌屑,会被他们捡回来拿进实验室做反应。
1960年博士毕业后,卡根没有走向工业界。几年后,他开始接触立体化学。到20世纪60年代末,一个刚刚发展起来的问题吸引了他:既然金属催化剂可以高效催化氢化反应,有没有办法让它只制造一种手性的分子?
有机分子常常存在两种互为镜像的结构,就像人的左手和右手。它们组成相同,却无法完全重合。对于药物和其他生物活性分子来说,左右两种结构的作用可能完全不同。怎样在合成时直接控制这种左右之分,成为当时有机化学的重要问题。
02
卡根后来回忆,这个研究方向的开端甚至称不上一次正式的科研立项。
当时法兰西学院周六上午经常有学术活动,工业界的研究人员也会参加。一次讲座后,他与法国石油研究所的吕西安·萨居斯(Lucien Sajus)聊天,谈到能否把当时刚出现的铑催化体系与手性膦配体结合起来。法国石油研究所随后出钱支持了一名博士生,和卡根一起试验这个想法。
两年以后,他们做出了DIOP。1971年,卡根与合作者发表论文,报道利用这种手性二膦配体进行不对称催化氢化,一些反应获得了当时十分突出的手性选择性[7]。DIOP此后成为早期不对称催化最重要的手性配体之一,也证明了只需要少量手性催化剂,就可能让大量产物主要形成一种镜像结构。
DIOP很快让卡根在不对称催化领域成名,但他没有把实验室变成一支围绕这个方向不断扩张的队伍。
卡根长期维持着规模不大的研究组,也不太愿意让自己的学生成为他的延长线。博士生离开后,他希望他们尽快找到不同于导师的问题,而不是继续复制实验室原有的工作。后来有学生问他,如果DIOP成功之后集中更多人力,沿着手性配体一直做下去,会不会得到更多重要成果。卡根的回答是,那样不会让他感兴趣。
兰州大学化学化工学院樊春安教授2004年10月至2005年9月,曾在卡根课题组从事博士后研究。卡根告诉他,课题组人数最多时也只有10人左右,好的研究在于质量,而不在于数量。樊春安表示,卡根所秉承的理念,是做新的、不一样的、有引领性的化学。
除了不对称氢化,卡根后来又进入不对称氧化、光化学、稀土元素和二碘化钐等方向。2023年,几位受卡根影响的化学家回顾他的研究生涯时,特别强调的不是某一种反应,而是广泛的研究范围。从不对称还原和氧化,到镧系化学、非线性效应,再到生命手性起源[8]。
某种程度上,这也是2001年诺奖争议的由来。
当年的争论并不是因为三位获奖者的工作不重要。诺尔斯早于卡根尝试手性催化氢化,并推动这一方法用于L-DOPA的工业生产;野依良治后来开发出适用范围更广的不对称氢化体系;夏普莱斯则开创了重要的不对称氧化反应。但法国化学圈认为,卡根才是这一研究的先驱。
《世界报》那篇措辞激烈的文章中强调,早期不对称氢化虽然已经存在,但卡根1971年的DIOP工作第一次把对映选择性提高到令人信服的水平。因此在他看来,如果诺奖强调这一领域的开创性贡献,卡根不应被排除在外。
更特别的是,2001年的获奖者诺尔斯本人后来也承认卡根的分量。2007年接受美国科学史研究所口述史采访时,他回忆,两人当时其实并不知道对方也在做类似研究,而身处大学的卡根更快发表了后来成为经典的论文。
谈到2001年的结果时,诺尔斯甚至说,如果当年没有自己,诺奖很可能就是卡根、野依良治和夏普莱斯三个人;他也承认,法国方面当年的不满有一部分是有道理的[9]。
诺奖委员会当年究竟怎样比较几人的贡献,目前仍不得而知,相关评审材料要在50年后才会解密。卡根本人也没有把此后的研究停留在DIOP上。相比围绕一项已经成功的方法不断扩大战果,他显然更容易被新的问题吸引。
后来和他共事的人回忆卡根时,经常提到的一点也是这一点:他会花很多时间和学生讨论实验,而真正让他兴奋的,往往不是实验顺利得到预测结果的时候,而是数据突然出了岔子的时候。
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卡根的学生后来回忆,实验里如果出现一个和预期不一样的数据,他很少第一时间把它扔掉,而是会追问究竟是实验做错了,还是这里真的有一个新的现象。巴拉沃纳记得,卡根经常提醒学生,如果一个意外结果是真的,却因为不符合预期而被忽略,那就太可惜了。
这种习惯也影响了他带学生的方式。卡根并不希望学生只学会把导师给出的路线执行得更漂亮。相反,他对那些结果和原先设想不一致的实验往往更有耐心。2013年的访谈里,他谈到,一些成绩很好的学生做实验时,总希望结果完全符合事先设计好的模式,而真正做研究时,恰恰需要接受结果可能把人带向另一个方向。
1980年代,他们真的碰到了这样一个结果。
研究不对称反应时,化学家通常会测量催化剂本身的手性纯度,再看产物最终偏向哪一种手性。一个很自然的预期是,两者应该大致按照比例变化:催化剂偏得越多,产物也相应偏得越多。但卡根团队得到的实验结果并不是这样。有时催化剂本身只有不大的手性偏差,产物却明显偏向其中一边,催化剂手性纯度与产物之间的关系,并不是一条简单的直线。
1986年,卡根和同事在《美国化学会志》发表论文,系统报道这种现象,并将其称为不对称合成中的非线性效应[10]。
这个看似异常的结果后来成了一种研究工具。化学家可以根据曲线怎样偏离直线,反推催化剂分子在反应中是否发生聚集、不同手性的催化剂之间怎样组合,以及真正发挥作用的催化物种可能是什么。它后来还引出了一个比催化机理更大的问题,生命中的氨基酸、糖等分子高度偏向某一种手性,如果最初的化学世界接近左右各半,那么一个最开始极其微小的手性差异,有没有可能自己被越放越大?
卡根证明,不对称反应中确实存在这样的非线性放大。几年以后,硤合宪三又发现了不对称自催化,反应产物可以继续催化与自身相同手性的产物形成,把很小的初始差异一次次扩大。
2026年,两个人因此共同获得诺贝尔化学奖。
谈起自己的研究方式时,卡根说,做研究的乐趣之一,就是进入不知道答案的地方,同时留心意料之外发生的事情。DIOP之后不断换研究问题,非线性效应的发现,以及他几十年来带学生的方式,都与这种选择有关。
卡根今年已经95岁。早在1999年,他就从巴黎南大学正式退休,但并没有真正停止研究。到了八十多岁,他仍然参加学术活动、关注新的研究进展。樊春安2004年加入课题组时,学校仍为卡根保留着实验室和办公室,组内有三位博士后。只要在校,他每天早晨都会到实验室询问研究进展。
离开法国后,樊春安仍与他通过邮件保持联系。卡根会将自己觉得有意思的研究工作发过来。直到前几年身体状况受到影响,他才在一封邮件中告诉樊春安,自己放缓了化学研究的步伐。
2008年,卡根应邀到中国交流。他在兰州大学作了三场专题讲座,中国年轻的科学家们不仅听到研究进展,也能听他亲自讲研究工作背景、来龙去脉和故事细节。整个行程近两周,北京、西安、成都、杭州、上海等地的高校和科研机构也加入进来。
2013年,家乡奥赛的一份刊物问卡根,为什么到了这个年纪还保持活跃。他的回答没有谈奖项,也没有谈已经做出的那些成果。
“是乐趣和科学上的好奇心,”卡根说,“我喜欢看事物如何发展[11]。”
参考文献:

