Kenso Soai dan Henri Kagan Meraih Nobel Kimia 2026

Bagaimana kimia belajar mengunggulkan satu bayangan cermin

Kimiawan Jepang Kenso Soai dan kimiawan Prancis Henri B. Kagan meraih Nobel Kimia 2026 atas penemuan yang menunjukkan bagaimana reaksi kimia dapat mengunggulkan salah satu dari dua bentuk molekul yang merupakan bayangan cermin. Karya mereka menjawab teka-teki lama tentang kimia kehidupan: mengapa banyak molekul biologis esensial ditemukan hampir seluruhnya hanya dalam salah satu dari dua bentuk yang mungkin.

Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia mengumumkan penghargaan tersebut di Stockholm pada Rabu. Akademi menyebut “penemuan efek nonlinier dan autokatalisis dalam sintesis organik asimetris” oleh keduanya. Hadiah senilai 12 juta krona Swedia akan dibagi rata di antara para penerima, dengan upacara penghargaan dijadwalkan berlangsung di Stockholm pada 10 Desember, bertepatan dengan peringatan wafatnya Alfred Nobel.

Soai, profesor emeritus di Universitas Sains Tokyo, mengetahui kabar penghargaan itu saat berbelanja di dekat rumahnya. Berbicara melalui telepon dengan komite Nobel, ia menyebut kabar itu sebagai salah satu hari paling menggembirakan dalam hidupnya dan mengatakan senang berbagi kehormatan tersebut dengan Kagan, profesor emeritus di bekas Université Paris-Sud. Dalam konferensi pers universitas yang digelar kemudian, Soai berterima kasih kepada para mahasiswa dan koleganya, seraya mengatakan bantuan mereka sangat penting bagi karyanya.

Penghargaan ini mengakui riset dasar yang bernilai praktis bagi para kimiawan yang membuat obat-obatan, material, pewangi, dan senyawa lain. Penghargaan ini juga menyoroti reaksi laboratorium yang menawarkan cara untuk menyelidiki bagaimana karakteristik kiralitas molekul dalam kehidupan mungkin muncul, meskipun para peneliti mengingatkan bahwa reaksi itu sendiri tidak dianggap sebagai model langsung bagi kimia di Bumi purba.

Apa yang dimaksud dengan kiralitas molekul?

Beberapa molekul memiliki dua bentuk dengan atom-atom yang sama, terhubung dalam urutan yang sama, tetapi tersusun sebagai bayangan cermin. Seperti tangan kiri dan tangan kanan, pasangan ini tidak dapat ditumpuk sedemikian rupa hingga setiap bagiannya cocok. Kimiawan menyebut sifat ini kiralitas dan kedua bentuknya enantiomer.

Perbedaan ini dapat sangat berarti dalam sistem kehidupan. Protein hampir seluruhnya tersusun dari asam amino L, sementara gula dalam DNA dan RNA memiliki konfigurasi D yang berlawanan. Kedua bentuk suatu molekul dapat berinteraksi secara berbeda dengan tubuh karena struktur biologis, termasuk protein, juga bersifat kiral. Salah satu bentuk obat mungkin memberikan efek yang diinginkan, sementara bayangan cerminnya dapat memiliki efek yang lebih lemah atau berbeda, atau menimbulkan efek samping yang tidak diinginkan.

Karena itu, kiralitas menjadi pertimbangan praktis dalam pengembangan obat, bukan sekadar sifat abstrak geometri molekul. Hal ini juga memunculkan pertanyaan menarik bagi para ilmuwan tentang asal-usul kehidupan. Banyak reaksi biasa yang menghasilkan molekul kiral memproduksi kedua bayangan cermin dalam jumlah yang kurang lebih sama. Lantas, bagaimana kehidupan bisa sangat bergantung pada satu bentuk dari banyak bahan penyusun biologis?

Teka-teki ini memiliki sejarah panjang. Pada abad ke-19, Louis Pasteur memisahkan dua bentuk kristal asam tartarat dan mendapati bahwa larutannya memutar cahaya terpolarisasi ke arah yang berlawanan. Eksperimennya membantu membuktikan bahwa beberapa molekul memiliki bentuk bayangan cermin. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa bakteri dapat mengonsumsi satu bentuk asam tartarat, tetapi membiarkan bayangan cerminnya tetap utuh, yang menandakan selektivitas tak biasa dalam kimia kehidupan.

Bagaimana Kagan mengubah pemahaman?

Gagasan teoretis penting muncul pada 1953, ketika fisikawan Charles Frank menjelaskan bagaimana reaksi yang menghasilkan katalis kiralnya sendiri dapat memperkuat ketidakseimbangan awal yang kecil. Katalis mempercepat reaksi tanpa ikut habis. Jika reaksi menghasilkan lebih banyak katalis yang mengunggulkan salah satu bayangan cermin, katalis itu selanjutnya dapat membantu menghasilkan lebih banyak lagi bentuk yang sama.

Selama beberapa dekade, gagasan ini sulit diwujudkan di laboratorium. Karya Kagan memberikan bagian penting dari jawabannya. Pada 1986, ia dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa hubungan antara kiralitas katalis dan kiralitas produk tidak selalu sederhana, dengan perbandingan satu banding satu. Kelebihan kecil salah satu bentuk katalis dapat menghasilkan kelebihan yang jauh lebih besar dari salah satu bentuk produk.

Fenomena ini disebut efek nonlinier. Istilah tersebut menggambarkan hasil yang tidak meningkat secara langsung sebanding dengan ketidakseimbangan awal. Dalam beberapa reaksi, molekul katalis dapat berpasangan dalam berbagai kombinasi. Jika pasangan campuran dengan kiralitas berlawanan bereaksi kurang efektif dibandingkan pasangan dengan kiralitas yang sama, reaksi dapat lebih kuat mengunggulkan salah satu produk daripada yang diperkirakan dari komposisi campuran katalis saja.

Temuan Kagan penting bagi kimiawan sintesis karena menunjukkan bahwa produk dengan dominasi yang sangat kuat dari satu bentuk terkadang dapat dibuat tanpa memulai dengan katalis yang sama murninya. Temuan itu juga memberi peneliti cara untuk memahami bagaimana bias kecil dalam sistem kimia dapat berkembang. Karyanya membantu mengubah kemungkinan matematis menjadi pertanyaan yang dapat diuji oleh para kimiawan melalui eksperimen.

Apa yang membuat reaksi Soai menjadi terobosan?

Soai menelusuri kemungkinan lebih lanjut: produk reaksi yang bertindak sebagai katalis untuk menghasilkan lebih banyak produk itu sendiri. Proses ini disebut autokatalisis. Ketika produknya bersifat kiral dan cenderung menghasilkan lebih banyak bentuk bayangan cerminnya sendiri, reaksi dapat memperkuat ketidakseimbangan kecil melalui lingkar umpan balik.

Soai dan rekan-rekannya melaporkan reaksi autokatalitik awal pada 1990. Pada 1995, mereka menerbitkan reaksi terkait yang menjadi reaksi Soai yang bersejarah: produk kiral mengatalisis pembentukannya sendiri dengan cara yang dapat meningkatkan dominasi salah satu enantiomer. Pada 2003, tim tersebut melaporkan versi yang memperkuat ketidakseimbangan awal yang sangat kecil hingga menghasilkan material yang 99,75 persen terdiri atas satu enantiomer.

Hasil itu menunjukkan di laboratorium bahwa suatu reaksi dapat bergerak menuju dominasi hampir penuh dari satu bentuk tanpa bergantung pada molekul kiral eksternal untuk menentukan bentuk mana yang harus mendominasi. Heiner Linke, ketua Komite Nobel Kimia, mengatakan Kagan dan Soai telah memberikan “solusi bagi misteri kimia yang berusia lebih dari satu abad: bagaimana homokiralitas dapat muncul secara spontan.” Homokiralitas berarti suatu sistem menggunakan terutama salah satu dari dua bentuk molekul yang mungkin.

Reaksi tersebut kerap dibahas dalam kaitannya dengan asal-usul kehidupan, tetapi kaitan itu perlu diberi batasan. Reaksi Soai menunjukkan bagaimana umpan balik kimia dapat memperbesar ketidakseimbangan kecil. Para peneliti menunjukkan bahwa reaksi ini membutuhkan pereaksi dan kondisi khusus, termasuk kondisi yang tidak kompatibel dengan air, sehingga kecil kemungkinan reaksi itu terjadi persis seperti yang dirancang di Bumi prabiotik. Pentingnya reaksi tersebut salah satunya terletak pada demonstrasi sebuah prinsip yang dapat dibandingkan peneliti dengan kemungkinan lain terbentuknya asimetri molekul.

Mengapa karya ini penting di luar penelitian asal-usul kehidupan

Mengendalikan kiralitas molekul sangat penting dalam pembuatan banyak obat dan bahan kimia bermanfaat lainnya. Reaksi yang secara selektif menghasilkan satu enantiomer dapat mengurangi kebutuhan untuk memisahkan campuran setelahnya dan membantu produsen membuat senyawa dengan sifat yang lebih mudah diprediksi. Nobel ini mengakui penemuan yang telah membentuk cara kimiawan memahami dan merancang reaksi semacam itu.

Sejarah pengobatan menunjukkan besarnya taruhan dalam hal ini. Talidomid, yang diresepkan pada awal 1960-an untuk mengatasi mual pada awal kehamilan, dikaitkan dengan cacat lahir parah. Penelitian kemudian menyoroti perbedaan efek biologis antara bentuk-bentuk bayangan cerminnya. Contoh ini sering digunakan untuk menjelaskan mengapa kimiawan mempelajari kiralitas, meskipun perilaku biologis talidomid lebih rumit daripada pembagian sederhana bahwa satu bentuk berbahaya dan bentuk lainnya aman.

Molekul lain yang dikenal luas juga menunjukkan bahwa bayangan cermin dapat memiliki sifat berbeda. Misalnya, dua bentuk karvon berkaitan dengan aroma mint dan jintan. Prinsip yang sama dapat memengaruhi interaksi obat, pestisida, dan senyawa lain dengan target biologis. Struktur molekul, termasuk kiralitasnya, membantu menentukan fungsinya.

Karya Kagan dan Soai juga merupakan bagian dari perkembangan lebih luas dalam sintesis asimetris, yakni upaya mengarahkan reaksi agar menghasilkan enantiomer tertentu. Nobel Kimia 2001 diberikan kepada William Knowles, Ryoji Noyori, dan Barry Sharpless atas kemajuan dalam katalisis asimetris. Kagan dan Soai membahas pertanyaan yang berkaitan tetapi berbeda: bagaimana ketidakseimbangan dapat diperkuat, termasuk melalui produk yang mengatalisis pembentukannya sendiri.

Penghargaan sains dasar dengan kaitan Jepang

Soai lahir di Prefektur Hiroshima pada 1950, menempuh studi di Universitas Tokyo dan meraih gelar doktor sains. Setelah menjalani sejumlah penugasan riset di Jepang dan Universitas Carolina Utara, ia menjadi profesor di Universitas Sains Tokyo. Ia menerima Medali dengan Pita Ungu Jepang pada 2012 dan kini berstatus profesor emeritus.

Dalam konferensi pers pada hari penganugerahan, Soai menggambarkan riset sebagai proses melakukan eksperimen secara berkelanjutan tanpa mengetahui apakah hasil yang diharapkan akan muncul. Ia mengatakan tidak terlalu memikirkan kesulitan karena penemuan fakta eksperimental baru menghadirkan kegembiraan dan rasa takjub. Ia juga mengapresiasi lingkungan riset universitas dan para mahasiswa yang bekerja bersamanya.

Ini merupakan tahun ketiga berturut-turut seseorang atau organisasi dari Jepang menerima Nobel, setelah penerima dari Jepang pada 2024 dan 2025. Soai juga termasuk dalam deretan panjang kimiawan Jepang yang diakui atas karya di bidang kimia organik, bidang yang mempelajari senyawa mengandung karbon, termasuk protein, gula, dan banyak obat.

Apa yang masih menjadi pertanyaan dalam sains?

Penghargaan ini tidak memastikan bagaimana kimia kehidupan yang didominasi satu bentuk bermula. Penghargaan ini mengakui kemajuan eksperimental dan konseptual yang menunjukkan bagaimana ketidakseimbangan kimia dapat diperkuat, tetapi belum menjawab proses mana yang berlangsung di alam sebelum kehidupan muncul. Para peneliti terus menyelidiki mekanisme alternatif, termasuk efek yang melibatkan kristal, permukaan, dan kondisi fisik yang mungkin mengunggulkan satu bentuk dibandingkan bentuk lainnya.

Perbedaan itu merupakan bagian dari nilai karya tersebut. Reaksi Soai memberikan contoh kuat autokatalisis asimetris, sementara efek nonlinier Kagan membantu menjelaskan bagaimana campuran katalis dapat menghasilkan kecenderungan yang jauh lebih kuat dari perkiraan. Bersama-sama, penemuan ini memberi kimiawan perangkat untuk mempelajari kiralitas molekul, baik dalam sintesis praktis maupun dalam pertanyaan tentang asal-usul kehidupan.

Soai mengatakan ia berharap pengakuan ini akan meningkatkan perhatian terhadap sintesis organik dan membantu kelanjutan riset. Nobel ini merayakan rangkaian karya yang berawal dari teka-teki berusia seabad dan menghasilkan demonstrasi laboratorium yang menonjol: dalam kondisi yang tepat, kimia dapat mengunggulkan salah satu bayangan cermin dan memperkuat pilihan tersebut.

Poin Utama

• Kenso Soai dan Henri B. Kagan meraih Nobel Kimia 2026.
• Penghargaan ini mengakui efek nonlinier dan autokatalisis dalam sintesis organik asimetris.
• Pada 1986, Kagan menunjukkan bahwa ketidakseimbangan kecil pada katalis dapat menghasilkan ketidakseimbangan yang lebih besar pada produk reaksi.
• Reaksi Soai menunjukkan bagaimana produk kiral dapat mengatalisis produksi lebih banyak bentuknya sendiri.
• Temuan ini bermanfaat bagi sintesis kimia dan menawarkan model untuk mempelajari, tetapi tidak menjawab, bagaimana kiralitas molekul kehidupan bermula.