Alcune reazioni chimiche creano due molecole identiche ma speculari, come la mano destra e la sinistra: hanno la stessa composizione e gli stessi legami tra gli atomi, ma non possono essere sovrapposte. E questa differenza, apparentemente sottile, può avere conseguenze enormi: una delle due forme può essere utile per l’organismo umano, mentre l’altra può avere un’attività molto diversa, indesiderata o dannosa. È possibile intervenire su questi processi chimici, e ottenere quasi solamente la molecola desiderata? Sì, ed è anche grazie al lavoro di Henri B. Kagan e Kenso Soai, i due scienziati a cui è stato assegnato il Nobel per la Chimica 2026 per “la scoperta degli effetti non lineari e dell’autocatalisi nella sintesi organica asimmetrica”. Il loro lavoro ha permesso di capire meglio come una reazione chimica possa privilegiare una delle due forme speculari di una molecola e, soprattutto, come una piccolissima asimmetria iniziale possa essere amplificata fino a produrre quasi esclusivamente una sola delle due forme. Una scoperta che ha conseguenze molto concrete, perché la capacità di produrre selettivamente una specifica forma di una molecola è essenziale nella chimica farmaceutica, ma che ha permesso anche di rispondere a una delle domande più affascinanti sull’origine della vita: perché la materia vivente ha scelto una sola delle due possibili “mani” delle molecole?

Due molecole speculari

Per capire il valore del premio Nobel di quest’anno, dobbiamo partire dal concetto di chiralità. Le nostre mani sono un esempio perfetto: la destra e la sinistra hanno la stessa struttura, cinque dita, un palmo, le stesse ossa e gli stessi elementi disposti nello stesso ordine. Ma se si prova a sovrapporle perfettamente, è impossibile: la mano destra è l’immagine speculare della sinistra.

In chimica accade qualcosa di analogo. Alcune molecole esistono in due versioni, dette enantiomeri, che sono immagini speculari non sovrapponibili. La loro composizione chimica è identica, così come lo sono le connessioni tra gli atomi; ciò che cambia è la loro disposizione nello spazio. La differenza può sembrare puramente geometrica, ma la biologia è fatta di strutture tridimensionali che devono le proprie funzioni proprio alla forma che prendono nello spazio. Proteine, enzimi e recettori hanno forme precise e possono quindi “riconoscere” una versione della molecola e non l’altra, proprio come una serratura può adattarsi solo a una chiave orientata in un certo modo.

Per questo due enantiomeri possono comportarsi in maniera molto diversa all’interno dell’organismo: uno può essere biologicamente attivo, mentre l’altro può avere un’attività più debole, diversa o indesiderata. Da qui nasce l’importanza della sintesi asimmetrica, cioè l’insieme delle strategie con cui i chimici cercano di indirizzare una reazione verso uno specifico enantiomero invece di ottenere una miscela delle due forme.

Il problema della “mano” della vita

La chiralità non è però soltanto un problema della chimica farmaceutica. È anche una caratteristica profonda della materia vivente, perché organismi viventi mostrano una forte preferenza per una delle due forme possibili di molte molecole chirali. Gli aminoacidi che costituiscono le proteine, per esempio, appartengono quasi esclusivamente alla serie L (sono mani sinistre, per capirci). Gli zuccheri biologicamente importanti, invece, appartengono prevalentemente alla serie D (mani destre). Questa preferenza prende il nome di omochiralità: i sistemi biologici tendono a selezionare una determinata “mano” molecolare, e non a utilizzare una distribuzione equa delle due.

Se le leggi fondamentali della chimica producono, in molte circostanze, due forme speculari delle molecole, senza una ragione evidente per privilegiare l’una rispetto all’altra, come si è arrivati alla situazione fortemente sbilanciata che si osserva negli organismi viventi? È questo il mistero a cui Kagan e Soai hanno contribuito a dare un’importante, possibile, risposta.

Kagan e la scoperta degli effetti non lineari

La prima tappa di questa storia porta in Francia, e al lavoro di Henri Kagan svolto lavorando per l’Université Paris-Sud. Negli anni ‘80 l’idea prevalente era che ci fosse una relazione abbastanza intuitiva tra la “purezza chirale” del catalizzatore e quella del prodotto. Se un catalizzatore contiene, cioè, una miscela delle due forme speculari delle molecole, ci si aspettava che anche il prodotto riflettesse più o meno proporzionalmente quella composizione.

Kagan e i suoi collaboratori mostrarono invece che non è necessariamente così. Nel 1986, studiando reazioni di ossidazione asimmetrica e di aldolizzazione, descrissero una relazione non lineare tra la purezza enantiomerica di un catalizzatore chirale e l’eccesso enantiomerico del prodotto. Fortunatamente, è un concetto meno astratto di quanto possa sembrare. Immaginiamo un catalizzatore composto dal 60 per cento di una “mano” e dal 40 per cento dall’altra. Una reazione lineare farebbe pensare a un prodotto con una proporzione analoga di enantiomeri destri e sinistri. Ma in determinate reazioni il prodotto può risultare molto più ricco di una delle due forme rispetto al catalizzatore di partenza, con un effetto che viene quindi definito non lineare.

È come se la chimica fosse in grado di amplificare una preferenza già presente, invece di limitarsi a copiarla. Da qui nasce l’intuizione fondamentale di Kagan: gli effetti non lineari non sono soltanto una curiosità sperimentale, ma forniscono informazioni su ciò che avviene realmente durante una reazione, perché suggeriscono che le molecole del catalizzatore non agiscano necessariamente sempre come unità isolate. Possono associarsi, formando specie con due o più componenti chirali, e le combinazioni “destra-destra”, “sinistra-sinistra” e “destra-sinistra” possono avere proprietà e reattività differenti.

Dopo aver dimostrato nella pratica queste intuizioni, Kagan continuò a sviluppare lo studio degli effetti non lineari, mostrando come possano essere utilizzati per ottenere un’amplificazione dell’asimmetria presente negli enantiomeri del catalizzatore.

Una reazione che si copia da sola

Il passo successivo arriva in Giappone, con Kenso Soai. Nel 1995 Soai e i suoi collaboratori pubblicarono su Nature la scoperta dell’autocatalisi asimmetrica: il prodotto chirale di una reazione può diventare il catalizzatore che favorisce la produzione di altre molecole identiche a se stesso. In altre parole, la molecola non si limita a essere il risultato della reazione, ma una volta formata, aiuta la reazione a produrre altre copie della propria stessa forma chirale.

È la cosiddetta reazione di Soai, in cui una quantità piccolissima di un enantiomero in eccesso viene amplificata notevolmente attraverso cicli successivi di autocatalisi, portando a una dominanza quasi assoluta di una sola forma molecolare. Questo meccanismo chimico autosostenuto offre un modello plausibile per spiegare come un minuscolo squilibrio iniziale di natura fisica o chimica possa essersi propagato fino a generare l’omochiralità osservata nei sistemi biologici terrestri.

L’industria farmaceutica

Le implicazioni di queste scoperte superano ampiamente l’ambito della ricerca teorica e trovano riscontro diretto nella produzione industriale di farmaci e principi attivi. Molte molecole terapeutiche esplicano la propria funzione curativa attraverso un unico enantiomero, mentre la variante speculare opposta può risultare inattiva o persino tossica per il paziente.

Anche grazie alla comprensione approfondita degli effetti non lineari e dell’autocatalisi asimmetrica, l’industria chimica e farmaceutica dispone oggi di metodologie di sintesi molto più efficienti, pulite e selettive. La possibilità di indirizzare con precisione millimetrica la reazione verso l’ottenimento di un’unica forma molecolare riduce gli scarti di lavorazione, semplifica i processi di purificazione e garantisce standard di sicurezza elevati nello sviluppo di terapie innovative. Ed è anche per questo che Kagan e Soai sono stati premiati con il Nobel per la chimica 2026.