ราชบัณฑิตยสภาวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดนมอบ รางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2026 ให้แก่ อองรี บี. กาก็อง (Henri B. Kagan) และ เคนโซ โซไอ (Kenso Soai) จากการค้นพบ "ปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้นและการเร่งปฏิกิริยาด้วยตัวเองในการสังเคราะห์สารอินทรีย์แบบอสมมาตร" ผลงานของทั้งสองท่านช่วยไขหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดทางเคมีว่า ความไม่สมมาตรเพียงเล็กน้อยของโมเลกุล สามารถถูกขยายจนกลายเป็นโมเลกุลที่มี "ด้านใดด้านหนึ่ง" เป็นหลักได้อย่างไร

 

 

โมเลกุลภาพสะท้อนในกระจก กับความลับของสิ่งมีชีวิต
โมเลกุลอินทรีย์หลายชนิดในธรรมชาติเปรียบเสมือน "มือซ้ายและมือขวา" ของเรา ถึงแม้จะมีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกันทุกประการ แต่รูปทรงกลับทิศทางกันเหมือนภาพสะท้อนในกระจกเงา (เรียกว่า Enantiomers) ซึ่งในทางชีววิทยา มือซ้ายและมือขวาอาจให้ผลลัพธ์ที่ต่างกันสิ้นเชิง เช่น ยารักษาโรคชนิดเดียวกัน ด้านหนึ่งอาจช่วยรักษาชีวิต แต่อีกด้านหนึ่งอาจกลายเป็นพิษร้ายแรง

เรื่องน่าแปลกคือ สิ่งมีชีวิตบนโลกกลับเลือกใช้โมเลกุลเพียงด้านเดียวเท่านั้น (ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Homochirality) ตัวอย่างเช่น กรดอะมิโนที่สร้างโปรตีนในร่างกายเราต่างเป็นโมเลกุล "มือซ้าย" ทั้งสิ้น คำถามคือ... ในเมื่อการสังเคราะห์เคมีทั่วไปมักได้โมเลกุลทั้งสองด้านในสัดส่วน 50:50 เท่ากันเสมอ แล้วธรรมชาติเริ่มเลือกใช้เพียงด้านเดียวตั้งแต่เมื่อไหร่?

 

Kagan: เมื่อความได้เปรียบเพียงนิด ถูก "ขยาย" ให้เด่นชัด
เดิมนักเคมีเชื่อว่า หากตัวเร่งปฏิกิริยามีโมเลกุลด้านหนึ่งมากกว่า ผลิตภัณฑ์ที่ได้ก็ควรจะเอียงไปทางด้านนั้นในสัดส่วนที่เท่ากัน แต่ในปี 1986 Henri B. Kagan ได้ค้นพบปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้น (Non-linear effect: NLE) ซึ่งชี้ให้เห็นว่า ความสัมพันธ์นี้ไม่ได้เป็นเส้นตรงเสมอไป

ความได้เปรียบของโมเลกุลด้านหนึ่งเพียงนิดเดียว สามารถถูกตัวเร่งปฏิกิริยา "ขยายผล" ให้เกิดผลิตภัณฑ์ด้านนั้นสูงกว่าที่คาดการณ์ไว้ท่วมท้น การค้นพบนี้พลิกโฉมวิธีคิดของนักเคมี และกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการออกแบบปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างโมเลกุลทรงคุณค่า เช่น ยารักษาโรค สารแต่งกลิ่นและรส สารเคมีเกษตร ตลอดจนวัสดุแห่งอนาคต

 

Soai: เมื่อผลิตภัณฑ์ช่วย "สร้างตัวเอง" ซ้ำแล้วซ้ำเล่า
Kenso Soai ได้ก้าวไปอีกขั้นด้วยการค้นพบปฏิกิริยาเร่งตัวเองแบบอสมมาตร (Asymmetric autocatalysis) หรือที่รู้จักกันในชื่อ Soai Reaction นั่นคือ เมื่อโมเลกุลผลิตภัณฑ์เกิดขึ้นแล้ว ตัวมันเองจะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาให้เกิดโมเลกุลแบบเดียวกับมันเพิ่มขึ้นอีกเรื่อยๆ เกิดเป็นวงจรเสริมแรงที่ไม่สิ้นสุด
ในปี 1995 Soai พิสูจน์ให้เห็นว่า ความแตกต่างของโมเลกุลสองด้านเริ่มแรกเพียง 0.00005% เมื่อผ่านกระบวนการเร่งตัวเองเพียง 3 รอบ สามารถเพิ่มความบริสุทธิ์ของโมเลกุลด้านนั้นได้สูงกว่า 99.5% (หรือขยายสัดส่วนเพิ่มขึ้นถึง 630,000 เท่า)

ผลงานของ Kagan และ Soai จึงเป็นหลักฐานเชิงทดลองชิ้นสำคัญที่แสดงว่า ระบบเคมีตามธรรมชาติสามารถสร้างและขยายโมเลกุลเพียงด้านเดียวขึ้นมาได้เอง ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้คำตอบของ "จุดกำเนิดชีวิตบนโลก" มากยิ่งขึ้น

 

4 เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนรองรับการศึกษากลไกของปฏิกิริยา Soai Reaction

    

SRS, Daresbury (สหราชอาณาจักร)         APS, Argonne (สหรัฐอเมริกา)                KEK , Japan (ญี่ปุ่น)                                    Spring-8, Japan (ญี่ปุ่น)

 

แสงซินโครตรอน: เครื่องมือแห่งอนาคตกับการเจาะลึกกลไกเคมีระดับอะตอม
แม้ว่าการค้นพบระดับรางวัลโนเบลนี้จะเกิดขึ้นจากการทดลองทางเคมีสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ แต่การศึกษาเพื่อ "เจาะลึกกลไกขั้นสูง" ของปฏิกิริยาอันซับซ้อนอย่าง Soai Reaction รวมถึงการสังเคราะห์โมเลกุลอสมมาตรใหม่ๆ สามารถวิเคราะห์เชิงลึกเพื่อให้ได้รายละเอียดที่สูงขึ้นด้วย "เทคโนโลยีแสงซินโคร ตรอน" หนึ่งในความท้าทายสำคัญของ Soai Reaction คือการทำความเข้าใจสถานะของสารประกอบออร์แกโนซิงค์และซิงค์แอลคอกไซด์ในสารละลาย แต่สารนี้มีความไวต่ออากาศและเสื่อมสภาพง่ายมาก เครื่องมือวิเคราะห์ทั่วไปมักบันทึกได้เพียงจุดเริ่มต้นของสารตั้งต้นและผลลัพธ์ของผลิตภัณฑ์ปลายทาง แต่ไม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงที่กำลังเกิดขึ้นระหว่างการเกิดปฏิกิริยา แสงซินโครตรอนจึงเข้ามาทำหน้าที่เปิดเผยพฤติกรรมระดับอะตอมในสภาวะจริง ได้มีการประยุกต์ใช้แสงซินโครตรอนในเทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ในระหว่างเกิดปฏิกิริยา (In situ X-ray Absorption Spectroscopy) ร่วมกับระบบปฏิกรณ์แบบการไหลอย่างต่อเนื่อง (Continuous flow cell) ที่ SRS, Daresbury สหราชอาณาจักร และ APS, สหรัฐอเมริกา ช่วยให้นักวิจัยสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและทางโครงสร้างของธาตุสังกะสีและธาตุรอบข้างได้โดยตรง

นอกจากนี้แสงซินโครตรอนยังเป็นกุญแจไขความลับของปรากฏการณ์ "การทำลายสมมาตร" (Symmetry Breaking) ในสถานะของแข็ง ผ่านเทคนิคการเลี้ยวเบนของผลึกเดี่ยว (Single-Crystal X-ray diffraction) ที่ SPring-8 และ KEK Photon Factory ประเทศญี่ปุ่น ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์โครงสร้างผลึกระดับไมโครเมตรที่ได้จากการบดกวนหรือการตกผลึก ข้อมูลที่ได้จากแสงซินโครตรอนพิสูจน์ให้เห็นว่า แม้แต่สารตั้งต้นที่ไม่มีความเป็นไครัล (Achiral) ก็สามารถจัดเรียงตัวใหม่และทำหน้าที่เป็นตัวคอยกำหนดทิศทางในปฏิกิริยาของ Soai ทำให้เกิดการสร้างผลิตภัณฑ์ได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่ต้องอาศัยสารช่วยทางชีวภาพใด ๆ เลย

 

                                   

 

สำหรับประเทศไทย โครงการเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนระดับพลังงาน 3 GeV (SPS-II) ซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนรุ่นใหม่ประสิทธิภาพสูง จะกลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำคัญ ที่เปิดโอกาสให้นักวิจัยไทยและนานาชาติใช้ไขปริศนาเชิงลึกทางเคมี สารเชิงซ้อน และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ เพื่อขับเคลื่อนนวัตกรรมและอุตสาหกรรมแห่งอนาคตได้อย่างยั่งยืน

 

บทความโดย - ดร.ชาตรี ไสยสมบัติ / ดร.นันทพร กมลสุทธิไพจิตร
เรียบเรียงโดย - ส่วนสื่อสารองค์กร

อ้างอิง
- https://www.nobelprize.org/