Kenso Soai explica a descoberta galardoada com o Nobel da Química e planeia nova investigação sobre desequilíbrios moleculares

De um pequeno desequilíbrio a um Prémio Nobel

O químico japonês Kenso Soai, cujas experiências transformaram uma mistura quase igual de imagens em espelho de moléculas num produto dominado por uma das formas, disse a uma audiência em Tóquio, a 20 de outubro de 2026, que quer investigar o que está na origem desses desequilíbrios. Cerca de 2 000 pessoas, incluindo participantes em linha, assistiram à palestra organizada pela Sociedade Química do Japão.

A palestra teve lugar depois de a Academia Real Sueca das Ciências ter anunciado, a 7 de outubro, que Soai e o químico francês Henri B. Kagan partilhariam o Prémio Nobel da Química de 2026. As suas descobertas explicam como as reações químicas podem amplificar uma pequena preferência por uma forma molecular, ajudando os químicos a compreender uma característica definidora dos seres vivos e a conceber reações utilizadas na investigação farmacêutica.

O anúncio do prémio de química da Academia atribui aos dois a descoberta dos efeitos não lineares e da autocatalise na síntese orgânica assimétrica. Em termos simples, descobriram formas de fazer com que as reações produzam mais de uma imagem em espelho molecular do que da outra, por vezes com o produto a contribuir para a produção de mais produto.

Soai, de 76 anos, é professor emérito na Universidade de Ciência de Tóquio. Kagan é professor emérito na Universidade Paris-Sul, em França. Vão dividir em partes iguais o prémio de 12 milhões de coroas suecas, recebendo cada um 6 milhões.

Na palestra em Tóquio, Soai falou sobre os seus próximos interesses de investigação durante uma sessão de perguntas e respostas:

Espero estudar uma vasta gama de possíveis causas dos desequilíbrios entre esquerda e direita.

As suas declarações prolongam a história para lá do anúncio do prémio, a 7 de outubro: as experiências explicam como uma diferença minúscula pode crescer, enquanto as possíveis causas dessa diferença inicial continuam a ser um tema que quer explorar.

Porque podem as moléculas ter uma forma esquerda e outra direita

Algumas moléculas contêm os mesmos átomos ligados pela mesma ordem, mas podem assumir duas disposições que são imagens em espelho uma da outra. Tal como as mãos esquerda e direita, não podem ser sobrepostas de modo a que todas as partes coincidam. Os químicos chamam quiralidade a esta propriedade e enantiómeros às duas formas moleculares.

Os seres vivos distinguem estas formas porque a sua própria maquinaria molecular tem uma forma específica. Uma molécula que se encaixe numa estrutura biológica pode interagir de maneira diferente quando a sua disposição é invertida. A diferença pode afetar a atividade de um medicamento ou até o cheiro de uma substância: as duas formas da carvona cheiram a hortelã-verde e a alcarávia.

As proteínas das células vivas utilizam quase exclusivamente uma das quiralidades dos aminoácidos, enquanto os açúcares do ADN e do ARN também apresentam uma quiralidade consistente. A glicina, o aminoácido mais simples, é uma exceção, pois não tem um par de formas distintas que sejam imagens em espelho. A utilização generalizada de uma só forma chama-se homoquiralidade, ou seja, a mesma quiralidade.

As reações laboratoriais produzem muitas vezes quantidades iguais das duas formas, a menos que algo as oriente. O enigma científico era perceber como podia um sistema químico inicialmente equilibrado desenvolver uma preferência acentuada. Kagan mostrou como um catalisador podia amplificar uma preferência; Soai desenvolveu reações em que essa preferência podia crescer à medida que a reação gerava mais catalisador.

Kagan descobriu que um catalisador misto podia ter um desempenho superior ao esperado

O avanço decisivo de Kagan surgiu em 1986. Um catalisador ajuda uma reação química a ocorrer sem ser consumido durante a reação. Na catálise assimétrica, a sua forma molecular ajuda a direcionar a produção para uma das imagens em espelho.

Os químicos esperavam uma relação simples entre o equilíbrio das formas num catalisador e o equilíbrio no produto. Kagan mostrou que a relação podia afastar-se dessa expectativa e gerar uma preferência mais forte do que a composição do catalisador deixava prever. Esse desvio é chamado efeito não linear.

Uma explicação envolve catalisadores cujas estruturas ativas contêm pares de moléculas auxiliares. Uma mistura pode formar pares correspondentes com a mesma quiralidade ou pares não correspondentes, compostos por uma de cada forma. Em algumas reações, os pares não correspondentes são muito menos ativos, deixando os pares correspondentes realizar a maior parte do trabalho.

Considere-se uma mistura com 75 moléculas auxiliares de uma forma e 25 da outra. Se se emparelharem aleatoriamente, os pares correspondentes surgem numa proporção de 75 ao quadrado para 25 ao quadrado, ou seja, de nove para um. Quando os pares não correspondentes pouco contribuem, os pares correspondentes ativos comportam-se, portanto, como uma mistura de 90 para 10. Uma preferência inicial moderada transforma-se numa influência química mais forte.

A descoberta de Kagan deu aos investigadores tanto uma ferramenta prática como uma forma de estudar os catalisadores. A forma da relação entre a composição do catalisador e a composição do produto pode revelar pistas sobre a maneira como as moléculas se juntam e atuam dentro de um recipiente de reação.

Soai fez com que uma reação ajudasse a produzir-se a si própria

O passo seguinte de Soai foi a autocatalise assimétrica. Autocatalise significa que o produto de uma reação ajuda a catalisar a produção de mais desse mesmo produto. Se o processo também favorecer a quiralidade do próprio produto, uma pequena vantagem inicial pode alimentar a produção seguinte.

O documento de enquadramento científico da Academia situa um dos primeiros resultados em 1990. Soai utilizou diisopropilzinco e piridina-3-carbaldeído, com um catalisador preparado a partir do álcool produzido pela própria reação.

A experiência demonstrou tanto a autocatalise como a preferência por uma das imagens em espelho. O seu ponto fraco era a diminuição dessa preferência: o catalisador tinha um excesso enantiomérico de 86%, enquanto o produto apresentava um excesso de 35%.

O excesso enantiomérico, geralmente abreviado para ee, mede a diferença entre as percentagens das duas formas. Uma mistura com 75% de uma forma e 25% da outra tem um ee de 50%. Uma mistura equilibrada tem ee igual a zero, e um produto que contenha apenas uma forma tem ee de 100%.

O resultado de Soai, em 1990, mostrou, portanto, que a reação podia reproduzir o seu próprio catalisador, mas diluía a preferência inicial. Cinco anos depois, a sua equipa descobriu uma reação com pirimidina-5-carbaldeído em que o produto apresentava um excesso superior ao do catalisador. O processo de retroação passou a reforçar a preferência, em vez de a enfraquecer.

O que significam realmente os impressionantes valores de pureza

As experiências de Soai de 1995 começaram com um catalisador preparado a partir de material com um ee de 5%. O primeiro produto atingiu um ee de 55%. A utilização do material resultante noutra reação elevou o valor para 87%, e a sequência chegou a 90% de ee ao longo de cinco ciclos consecutivos.

Uma subida de 5% para 90% de ee corresponde à passagem de uma mistura com 52,5% contra 47,5% para outra com 95% contra 5%. A mistura inicial estava quase equilibrada; a mistura final continha 19 moléculas da forma favorecida por cada molécula da sua imagem em espelho.

Um exemplo posterior começou com um ligando, uma molécula utilizada para preparar o catalisador, com um ee de apenas 0,00005%. Após três ciclos consecutivos, o produto ultrapassou 99,5% de ee. Isso corresponde a mais de 99,75% da forma favorecida e menos de 0,25% da outra.

A Academia descreve o resultado como uma amplificação por um fator de 630 000 da proporção entre estereoisómeros. Este valor diz respeito ao equilíbrio relativo entre as formas moleculares, e não à quantidade de material produzido.

O anúncio do Nobel assinala 2003 como o ano em que Soai apresentou uma reação que formava apenas uma das duas imagens em espelho possíveis. Em conjunto, as experiências mostraram como a retroação química repetida podia conduzir um desequilíbrio quase impercetível à homoquiralidade.

O acaso pode favorecer qualquer uma das formas moleculares

Soai também investigou reações iniciadas sem uma fonte de quiralidade adicionada. Nessas experiências, uma pequena flutuação estatística pode dar vantagem a uma forma, que a reação depois amplifica.

Nas 37 experiências descritas no documento de enquadramento científico da Academia, 18 favoreceram a forma designada R e 19 favoreceram S. Os produtos apresentaram valores de ee entre 15% e 91%. A divisão quase equitativa dos resultados mostra que qualquer uma das formas podia ganhar vantagem.

As letras R e S identificam configurações moleculares. Permitem aos químicos designar com precisão as duas disposições, sem recorrer a desenhos de uma mão esquerda ou direita. Nestas experiências, cada reação desenvolveu uma preferência, embora, no conjunto, a série não favorecesse nenhuma das configurações.

A Academia atribui também a Daniel Singleton uma demonstração independente da quebra de simetria com a reação de Soai. A quebra de simetria é o aparecimento de um resultado desigual num sistema inicialmente equilibrado.

Heiner Linke, presidente do Comité Nobel da Química, descreveu o feito quando o prémio foi anunciado:

Henri Kagan e Kenso Soai resolveram um mistério químico com mais de um século: como pode surgir espontaneamente a homoquiralidade. As reações químicas que desenvolveram são espetaculares.

A Academia delimita a relevância da reação para as origens da vida: demonstra uma via química para a homoquiralidade em laboratório, mas a origem da quiralidade biológica na água continua por explicar. O seu documento de enquadramento científico afirma que a reação de Soai não é relevante para o aparecimento da homoquiralidade biológica em sistemas aquosos.

Porque é que a diferença interessa à indústria farmacêutica

O desenvolvimento de medicamentos confere uma importância prática imediata à quiralidade molecular. Duas formas de um composto podem interagir de maneira diferente com o organismo, pelo que os fabricantes podem precisar de um processo que produza de forma fiável a forma pretendida.

Kovuru Gopalaiah, professor na Universidade de Deli que trabalhou no laboratório de Kagan, explica que a amplificação pode reduzir a necessidade de catalisadores extremamente puros. A utilização de material com cerca de 70% de pureza, em vez de 99%, pode reduzir os custos de purificação em processos adequados. Um exemplo citado da Merck produziu o composto L-699,392 com 95% de pureza a partir de material inicial com 70% de pureza.

A Índia tem um interesse considerável neste tipo de melhorias de fabrico. Uma brochura da embaixada indiana citada na discussão do prémio indica que o país representa cerca de 20% do fornecimento mundial de medicamentos genéricos, em volume. Qualquer poupança dependeria da reação e do processo de fabrico em causa; as descobertas galardoadas com o Nobel fornecem princípios que os químicos podem testar ao conceber esses processos.

A talidomida ilustra por que razão a segurança dos medicamentos exige mais do que escolher uma forma molecular. O medicamento provocou malformações congénitas graves e foi retirado dos mercados em 1961. G Sekar, responsável pela área da química no IIT Madras, explica que as suas formas se podem converter umas nas outras no organismo. O comportamento de um medicamento depende, portanto, tanto do que acontece após a administração como do material produzido.

As decisões sobre a utilização de uma única forma molecular dependem da segurança, da eficácia e dos requisitos regulamentares. As descobertas de Kagan e Soai ajudam os químicos a controlar aquilo que produzem, oferecendo aos investigadores de medicamentos pontos de partida mais precisos para essas avaliações.

Os marcos que conduziram ao prémio

O reconhecimento do Nobel reúne descobertas desenvolvidas ao longo de décadas. Kagan estabeleceu que o desequilíbrio molecular de um catalisador podia ser amplificado; Soai criou reações em que o produto podia reforçar esse desequilíbrio através da produção repetida.

• 1986: Kagan demonstrou efeitos não lineares na catálise assimétrica.
• 1990: Soai publicou uma reação de autocatalise assimétrica, embora o ee do produto fosse inferior ao do catalisador.
• 1995: Soai e os seus colegas demonstraram uma autocatalise que aumentava o ee, atingindo 90% ao longo de cinco ciclos consecutivos.
• 2003: O anúncio do Nobel situa neste ano a apresentação, por Soai, de uma reação que formava apenas uma imagem em espelho.
• 7 de outubro de 2026: A Academia Real Sueca das Ciências anunciou a partilha do prémio de química.
• 20 de outubro de 2026: Soai falou sobre a reação e a investigação futura numa palestra em Tóquio.
• 10 de dezembro de 2026: A cerimónia de entrega do Nobel está marcada para Estocolmo.

Soai planeia assistir à cerimónia em Estocolmo e proferir uma palestra sobre a sua investigação, abordando também os contributos de Louis Pasteur, o químico e microbiologista francês cujo trabalho ajudou a estabelecer a assimetria molecular no século XIX.

Soai mantém o foco nas experiências fundamentais

Soai soube que tinha ganho o prémio enquanto fazia compras perto de casa. Mais tarde, reconheceu o contributo dos colegas e estudantes que ajudaram a manter o trabalho experimental que esteve na origem da reação que hoje tem o seu nome.

Na conferência de imprensa que se seguiu à palestra em Tóquio, Soai explicou a curiosidade que impulsionou a investigação:

Interessavam-me questões básicas, ou melhor, fundamentais.

A investigação que planeia fazer regressa ao início do processo: o que pode criar a pequena preferência por uma forma esquerda ou direita que a autocatalise amplifica. O prémio reconhece as reações já desenvolvidas, enquanto as declarações de Soai em Tóquio mostram que o desequilíbrio inicial continua a oferecer questões que quer investigar.

Pontos-chave

• Kenso Soai e Henri B. Kagan partilham, em partes iguais, o Prémio Nobel da Química de 2026 e os 12 milhões de coroas suecas.
• Kagan mostrou como os catalisadores podem produzir uma preferência molecular mais forte do que a sua composição deixa prever.
• Soai desenvolveu reações cujos produtos ajudam a produzir mais de si próprios, reforçando essa preferência.
• Uma experiência elevou o ee de 0,00005% para mais de 99,5% em três ciclos consecutivos.
• Numa palestra em Tóquio, a 20 de outubro, Soai disse que quer estudar as possíveis causas dos desequilíbrios moleculares.
• As descobertas são úteis para a química farmacêutica e para a investigação laboratorial sobre a homoquiralidade.
• Soai planeia assistir à cerimónia do Nobel, a 10 de dezembro, em Estocolmo.