Kenso Soai erläutert den Nobelpreis-prämierten Durchbruch in der Chemie und plant neue Forschung zu molekularen Ungleichgewichten

Von einem winzigen Ungleichgewicht zum Nobelpreis

Der japanische Chemiker Kenso Soai, dessen Experimente aus einem nahezu gleichen Gemisch spiegelbildlicher Moleküle ein Produkt machten, das von einer der beiden Formen dominiert wird, sagte am 20. Oktober 2026 vor einem Publikum in Tokio, er wolle untersuchen, wodurch solche Ungleichgewichte entstehen. Rund 2.000 Menschen, darunter auch Online-Teilnehmer, besuchten den Vortrag der Chemical Society of Japan.

Der Auftritt folgte auf die Bekanntgabe der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften vom 7. Oktober, dass Soai und der französische Chemiker Henri B. Kagan den Nobelpreis für Chemie 2026 teilen würden. Ihre Entdeckungen erklären, wie chemische Reaktionen eine geringe Bevorzugung einer Molekülform verstärken können. Sie helfen Chemikern, ein prägendes Merkmal des Lebens zu verstehen und Reaktionen für die pharmazeutische Forschung zu entwickeln.

In ihrer Bekanntgabe des Chemiepreises schreibt die Akademie dem Duo die Entdeckung nichtlinearer Effekte und der Autokatalyse in der asymmetrischen organischen Synthese zu. Vereinfacht gesagt fanden sie Wege, Reaktionen dazu zu bringen, mehr von einem molekularen Spiegelbild als vom anderen zu erzeugen – mitunter hilft das Produkt dabei, noch mehr von sich selbst herzustellen.

Der 76-jährige Soai ist emeritierter Professor an der Tokyo University of Science. Kagan ist emeritierter Professor an der Université Paris-Sud in Frankreich. Sie teilen sich das Preisgeld von 12 Millionen schwedischen Kronen zu gleichen Teilen und erhalten jeweils 6 Millionen Kronen.

Beim Vortrag in Tokio sprach Soai während einer Fragerunde über seine künftigen Forschungsinteressen:

Ich hoffe, ein breites Spektrum möglicher Ursachen für die Links-rechts-Ungleichgewichte zu untersuchen.

Seine Äußerungen führen die Geschichte über die Bekanntgabe des Preises am 7. Oktober hinaus: Die Experimente erklären, wie ein winziger Unterschied anwachsen kann. Die möglichen Ursachen dieses ersten Unterschieds will er weiterhin erforschen.

Warum Moleküle eine linke und eine rechte Form haben können

Manche Moleküle bestehen aus denselben Atomen, die in derselben Reihenfolge verbunden sind, können aber in zwei spiegelbildlichen Anordnungen vorliegen. Wie linke und rechte Hände lassen sie sich nicht so zur Deckung bringen, dass alle Teile übereinstimmen. Chemiker nennen diese Eigenschaft Chiralität und die beiden Molekülformen Enantiomere.

Lebewesen unterscheiden zwischen diesen Formen, weil ihre eigene molekulare Maschinerie eine bestimmte Gestalt hat. Ein Molekül, das zu einer biologischen Struktur passt, kann anders mit ihr wechselwirken, wenn seine Anordnung umgekehrt ist. Das kann die Wirkung eines Arzneimittels oder sogar den Geruch eines Stoffes beeinflussen: Die beiden Formen von Carvon riechen nach Krauseminze beziehungsweise Kümmel.

Proteine in lebenden Zellen verwenden fast ausschließlich Aminosäuren mit derselben Händigkeit; auch die Zucker in DNA und RNA weisen eine einheitliche Händigkeit auf. Glycin, die einfachste Aminosäure, ist eine Ausnahme, da es keine zwei unterschiedlichen spiegelbildlichen Formen besitzt. Die weitverbreitete Verwendung einer Form wird Homochiralität genannt, also gleiche Händigkeit.

Laborreaktionen erzeugen oft gleiche Mengen beider Formen, sofern nichts die Reaktion in eine Richtung lenkt. Die wissenschaftliche Frage war, wie sich in einem zunächst ausgeglichenen chemischen System eine starke Bevorzugung entwickeln kann. Kagan zeigte, wie ein Katalysator eine solche Bevorzugung verstärken kann. Soai entwickelte Reaktionen, in denen sie anwachsen kann, während die Reaktion mehr Katalysator erzeugt.

Kagan zeigte, dass ein gemischter Katalysator mehr bewirken kann als erwartet

Kagans entscheidender Durchbruch gelang 1986. Ein Katalysator unterstützt eine chemische Reaktion, ohne dabei verbraucht zu werden. Bei der asymmetrischen Katalyse trägt seine molekulare Gestalt dazu bei, die Bildung eines Spiegelbilds zu begünstigen.

Chemiker hatten einen einfachen Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Formen in einem Katalysator und dem Verhältnis im Produkt erwartet. Kagan zeigte, dass dieser Zusammenhang davon abweichen und eine stärkere Bevorzugung hervorrufen kann, als die Zusammensetzung des Katalysators erwarten lässt. Diese Abweichung wird nichtlinearer Effekt genannt.

Eine Erklärung beruht auf Katalysatoren, deren aktive Strukturen Paare molekularer Helfer enthalten. Eine Mischung kann gleichartige Paare mit derselben Händigkeit und gemischte Paare aus je einer Form bilden. Bei manchen Reaktionen sind die gemischten Paare deutlich weniger aktiv, sodass die gleichartigen Paare den Großteil der Arbeit leisten.

Betrachten wir eine Mischung aus 75 Helfern der einen und 25 der anderen Form. Wenn sie sich zufällig paaren, stehen gleichartige Paare im Verhältnis 75 zum Quadrat zu 25 zum Quadrat, also neun zu eins. Tragen gemischte Paare nur wenig zur Reaktion bei, verhalten sich die aktiven gleichartigen Paare daher wie eine Mischung im Verhältnis 90 zu 10. Aus einer mäßigen anfänglichen Bevorzugung wird so ein stärkerer chemischer Einfluss.

Kagans Entdeckung lieferte Forschern sowohl ein praktisches Werkzeug als auch eine Möglichkeit, Katalysatoren zu untersuchen. Die Form des Zusammenhangs zwischen der Zusammensetzung des Katalysators und der des Produkts kann Hinweise darauf geben, wie sich Moleküle in einem Reaktionsgefäß zusammenlagern und wirken.

Soai brachte eine Reaktion dazu, sich selbst zu verstärken

Soais nächster Schritt war die asymmetrische Autokatalyse. Autokatalyse bedeutet, dass das Produkt einer Reaktion die Bildung weiterer Mengen desselben Produkts katalysiert. Bevorzugt der Prozess zugleich die Händigkeit des Produkts, kann ein geringer anfänglicher Vorteil durch Rückkopplung zu weiterer Produktion führen.

Das wissenschaftliche Hintergrunddokument der Akademie datiert ein frühes Ergebnis auf das Jahr 1990. Soai verwendete Diisopropylzink und Pyridin-3-carbaldehyd sowie einen Katalysator, der aus dem Alkohol hergestellt wurde, den die Reaktion selbst erzeugte.

Das Experiment wies sowohl Autokatalyse als auch eine Bevorzugung eines Spiegelbilds nach. Der Nachteil war, dass die Bevorzugung kleiner wurde: Der Katalysator hatte einen Enantiomerenüberschuss von 86 Prozent, das Produkt dagegen einen von 35 Prozent.

Der Enantiomerenüberschuss, meist mit ee abgekürzt, misst den Unterschied zwischen den Anteilen der beiden Formen. Eine Mischung mit 75 Prozent der einen und 25 Prozent der anderen Form hat einen ee von 50 Prozent. Eine gleiche Mischung hat einen ee von null, ein Produkt, das nur eine Form enthält, einen ee von 100 Prozent.

Soais Ergebnis von 1990 zeigte also, dass die Reaktion ihren eigenen Katalysator reproduzieren konnte, dabei aber die anfängliche Bevorzugung abschwächte. Fünf Jahre später fand sein Team eine Reaktion mit Pyrimidin-5-carbaldehyd, bei der das Produkt einen höheren Enantiomerenüberschuss als der Katalysator aufwies. Die Rückkopplung verstärkte die Bevorzugung nun, statt sie abzuschwächen.

Was die beeindruckenden Reinheitswerte tatsächlich bedeuten

Soais Experimente von 1995 begannen mit einem Katalysator, der mithilfe eines Materials mit einem ee von 5 Prozent hergestellt worden war. Das erste Produkt erreichte einen ee von 55 Prozent. Durch den Einsatz des daraus gewonnenen Materials in einer weiteren Reaktion stieg der Wert auf 87 Prozent. In fünf aufeinanderfolgenden Durchläufen erreichte er 90 Prozent ee.

Ein Anstieg von 5 auf 90 Prozent ee entspricht einer Veränderung von einem Gemisch aus 52,5 zu 47,5 Prozent zu einem Gemisch aus 95 zu 5 Prozent. Die Ausgangsmischung war nahezu ausgeglichen; im Endgemisch kamen auf jedes Molekül des Spiegelbilds 19 Moleküle der bevorzugten Form.

Bei einem späteren Beispiel wies ein Ligand – ein Molekül, das zur Herstellung des Katalysators verwendet wird – einen ee von nur 0,00005 Prozent auf. Nach drei aufeinanderfolgenden Durchläufen lag der ee des Produkts bei über 99,5 Prozent. Das entspricht mehr als 99,75 Prozent der bevorzugten Form und weniger als 0,25 Prozent der anderen.

Die Akademie beschreibt das Ergebnis als Verstärkung des Stereoisomerenverhältnisses um den Faktor 630.000. Diese Zahl bezieht sich auf das relative Verhältnis der Molekülformen, nicht auf die erzeugte Stoffmenge.

In der Nobelpreis-Bekanntgabe wird das Jahr 2003 als Meilenstein genannt, in dem Soai eine Reaktion vorstellte, die nur eines der beiden möglichen Spiegelbilder bildet. Zusammengenommen zeigten die Experimente, wie wiederholte chemische Rückkopplung ein kaum wahrnehmbares Ungleichgewicht in Richtung Homochiralität verschieben kann.

Der Zufall kann jede der beiden Molekülformen begünstigen

Soai untersuchte auch Reaktionen, die ohne eine zugesetzte Quelle von Händigkeit beginnen. Bei solchen Experimenten kann eine winzige statistische Schwankung einer Form einen Vorteil verschaffen, den die Reaktion anschließend verstärkt.

Von 37 Experimenten, die im wissenschaftlichen Hintergrunddokument der Akademie beschrieben werden, begünstigten 18 die als R bezeichnete Form und 19 die Form S. Die Produkte wiesen einen ee zwischen 15 und 91 Prozent auf. Die nahezu gleichmäßige Verteilung zeigt, dass jede der beiden Formen einen Vorteil erlangen konnte.

Die Buchstaben R und S bezeichnen Molekülkonfigurationen. So können Chemiker die beiden Anordnungen eindeutig benennen, ohne auf die Zeichnung einer linken oder rechten Hand zurückzugreifen. In diesen Experimenten entwickelte jede einzelne Reaktion eine Bevorzugung, obwohl die Versuchsreihe insgesamt keine der beiden Konfigurationen begünstigte.

Die Akademie würdigt außerdem Daniel Singleton dafür, den Symmetriebruch mithilfe der Soai-Reaktion unabhängig nachgewiesen zu haben. Symmetriebruch bezeichnet das Entstehen eines ungleichen Ergebnisses aus einem anfänglich ausgeglichenen System.

Heiner Linke, Vorsitzender des Nobelkomitees für Chemie, beschrieb die Leistung bei der Bekanntgabe des Preises so:

Henri Kagan und Kenso Soai haben ein über hundert Jahre altes chemisches Rätsel gelöst: wie Homochiralität spontan entstehen kann. Die von ihnen entwickelten chemischen Reaktionen sind spektakulär.

Die Akademie grenzt die Bedeutung der Reaktion für den Ursprung des Lebens ausdrücklich ein: Sie demonstriert im Labor einen chemischen Weg zur Homochiralität, während der Ursprung der biologischen Händigkeit im Wasser weiterhin ungeklärt ist. Laut dem wissenschaftlichen Hintergrunddokument ist die Soai-Reaktion für die Entstehung biologischer Homochiralität in wässrigen Systemen nicht relevant.

Warum der Unterschied für die Arzneimittelherstellung wichtig ist

Bei der Entwicklung von Arzneimitteln kommt der molekularen Händigkeit unmittelbare praktische Bedeutung zu. Zwei Formen einer Verbindung können unterschiedlich mit dem Körper wechselwirken. Hersteller benötigen daher unter Umständen ein Verfahren, das zuverlässig die gewünschte Form erzeugt.

Kovuru Gopalaiah, Professor an der Universität Delhi, der in Kagans Labor gearbeitet hat, erklärt, dass die Verstärkung den Bedarf an extrem reinen Katalysatoren verringern kann. Bei geeigneten Verfahren kann die Verwendung von Material mit rund 70 statt 99 Prozent Reinheit die Reinigungskosten senken. Bei einem angeführten Beispiel von Merck wurde die Verbindung L-699,392 ausgehend von einem Material mit 70 Prozent Reinheit mit einer Reinheit von 95 Prozent hergestellt.

Indien hat ein erhebliches Interesse an solchen Verbesserungen in der Herstellung. Einer in der Diskussion über den Preis angeführten Broschüre der indischen Botschaft zufolge entfallen rund 20 Prozent der weltweiten Generikaversorgung nach Volumen auf das Land. Ob sich Kosten einsparen lassen, hängt vom jeweiligen Reaktions- und Herstellungsverfahren ab. Die Nobelpreis-Entdeckungen liefern Prinzipien, die Chemiker bei der Entwicklung solcher Verfahren erproben können.

Thalidomid zeigt, warum die Arzneimittelsicherheit mehr erfordert als die Auswahl einer Molekülform. Das Medikament verursachte schwere Fehlbildungen bei Neugeborenen und wurde 1961 vom Markt genommen. G Sekar, Leiter der Chemie am IIT Madras, erklärt, dass die Formen im Körper ineinander übergehen können. Für das Verhalten eines Arzneimittels ist daher nicht nur das hergestellte Material entscheidend, sondern auch, was nach der Einnahme geschieht.

Ob eine einzelne Molekülform verwendet werden sollte, hängt von Sicherheit, Wirksamkeit und regulatorischen Anforderungen ab. Kagans und Soais Entdeckungen helfen Chemikern, die hergestellten Stoffe zu kontrollieren, und geben Forschern in der Arzneimittelentwicklung präzisere Ausgangspunkte für solche Bewertungen.

Die Meilensteine hinter der Auszeichnung

Der Nobelpreis würdigt Entdeckungen, die über Jahrzehnte hinweg entwickelt wurden. Kagan stellte fest, dass ein molekulares Ungleichgewicht in einem Katalysator verstärkt werden kann. Soai entwickelte Reaktionen, in denen das Produkt dieses Ungleichgewicht durch wiederholte Produktion verstärkt.

• 1986: Kagan wies nichtlineare Effekte in der asymmetrischen Katalyse nach.
• 1990: Soai veröffentlichte eine asymmetrische autokatalytische Reaktion, bei der der ee des Produkts allerdings niedriger war als der des Katalysators.
• 1995: Soai und seine Kollegen wiesen eine Autokatalyse nach, die den ee erhöhte und in fünf aufeinanderfolgenden Durchläufen 90 Prozent erreichte.
• 2003: Laut der Nobelpreis-Bekanntgabe stellte Soai in diesem Jahr eine Reaktion vor, die nur ein Spiegelbild bildet.
• 7. Oktober 2026: Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften gab die gemeinsame Auszeichnung mit dem Chemie-Nobelpreis bekannt.
• 20. Oktober 2026: Soai sprach bei einem Vortrag in Tokio über die Reaktion und seine künftige Forschung.
• 10. Dezember 2026: Die Nobelpreisverleihung soll in Stockholm stattfinden.

Soai will an der Zeremonie in Stockholm teilnehmen und einen Vortrag halten, in dem er seine Forschung und die Beiträge von Louis Pasteur erörtert. Der französische Chemiker und Mikrobiologe trug mit seiner Arbeit im 19. Jahrhundert dazu bei, die molekulare Asymmetrie zu etablieren.

Soai konzentriert sich weiter auf Grundlagenexperimente

Soai erfuhr von seinem Nobelpreis, als er in der Nähe seines Hauses einkaufen war. Später würdigte er die Kollegen und Studierenden, die die experimentelle Arbeit hinter der nach ihm benannten Reaktion unterstützt hatten.

Bei der Pressekonferenz nach seinem Vortrag in Tokio erklärte Soai die Neugier, die ihn bei der Forschung angetrieben hatte:

Mich interessierten grundlegende, ja eher fundamentale Fragen.

Seine geplante Forschung setzt am Anfang des Prozesses an: Was kann die geringe Bevorzugung einer linken oder rechten Form hervorrufen, die durch Autokatalyse verstärkt wird? Der Preis würdigt die bereits entwickelten Reaktionen. Soais Äußerungen in Tokio zeigen zugleich, dass das anfängliche Ungleichgewicht weiterhin Fragen aufwirft, denen er experimentell nachgehen möchte.

Die wichtigsten Punkte

• Kenso Soai und Henri B. Kagan teilen sich den Nobelpreis für Chemie 2026 und die 12 Millionen schwedischen Kronen zu gleichen Teilen.
• Kagan zeigte, wie Katalysatoren eine stärkere molekulare Bevorzugung bewirken können, als ihre Zusammensetzung erwarten lässt.
• Soai entwickelte Reaktionen, deren Produkte dabei helfen, weitere Mengen ihrer selbst zu bilden und zugleich diese Bevorzugung zu verstärken.
• In einem Experiment stieg der ee in drei aufeinanderfolgenden Durchläufen von 0,00005 auf über 99,5 Prozent.
• Bei einem Vortrag am 20. Oktober in Tokio sagte Soai, er wolle mögliche Ursachen molekularer Ungleichgewichte untersuchen.
• Die Entdeckungen sind für die pharmazeutische Chemie und die Laborforschung zur Homochiralität relevant.
• Soai will an der Nobelpreisverleihung am 10. Dezember in Stockholm teilnehmen.