Kenso Soai revient sur une avancée récompensée par le Nobel de chimie et annonce de nouvelles recherches sur les déséquilibres moléculaires

D’un infime déséquilibre au prix Nobel

Le chimiste japonais Kenso Soai, dont les expériences ont transformé un mélange presque équilibré d’images moléculaires en miroir en un produit dominé par l’une des deux formes, a déclaré à un public réuni à Tokyo le 20 octobre 2026 qu’il souhaitait étudier l’origine de ces déséquilibres. Environ 2 000 personnes, dont des participants en ligne, ont assisté à la conférence organisée par la Société japonaise de chimie.

Cette intervention a eu lieu après l’annonce, le 7 octobre, de l’Académie royale des sciences de Suède : Soai et le chimiste français Henri B. Kagan se partageront le prix Nobel de chimie 2026. Leurs découvertes expliquent comment des réactions chimiques peuvent amplifier une légère préférence pour une forme moléculaire, aidant les chimistes à comprendre une caractéristique fondamentale du vivant et à concevoir des réactions utilisées dans la recherche pharmaceutique.

Dans son annonce du prix de chimie, l’Académie attribue aux deux chercheurs la découverte des effets non linéaires et de l’autocatalyse en synthèse organique asymétrique. En termes courants, ils ont trouvé des moyens d’obtenir des réactions qu’elles produisent davantage d’une image moléculaire en miroir que de l’autre, le produit pouvant parfois contribuer à sa propre formation.

Âgé de 76 ans, Soai est professeur émérite à l’Université des sciences de Tokyo. Kagan est professeur émérite à l’Université Paris-Sud, en France. Ils se partageront à parts égales les 12 millions de couronnes suédoises du prix, soit 6 millions chacun.

Lors de la conférence de Tokyo, Soai a évoqué ses prochaines pistes de recherche au cours d’une séance de questions-réponses :

J’espère étudier un large éventail de causes possibles des déséquilibres gauche-droite.

Ses propos prolongent l’histoire au-delà de l’annonce du prix du 7 octobre : les expériences expliquent comment une infime différence peut s’amplifier, tandis que les causes possibles de cette différence initiale restent un sujet qu’il souhaite explorer.

Pourquoi les molécules peuvent avoir une forme gauche et une forme droite

Certaines molécules possèdent les mêmes atomes reliés dans le même ordre, mais peuvent adopter deux configurations qui sont des images l’une de l’autre dans un miroir. Comme les mains gauche et droite, elles ne peuvent pas être superposées de sorte que toutes leurs parties coïncident. Les chimistes appellent cette propriété la chiralité et nomment énantiomères les deux formes moléculaires.

Les êtres vivants distinguent ces formes, car leur propre machinerie moléculaire possède une forme particulière. Une molécule qui s’adapte à une structure biologique peut interagir différemment si sa configuration est inversée. Cette différence peut influer sur l’activité d’un médicament ou même sur l’odeur d’une substance : les deux formes de la carvone sentent la menthe verte et le carvi.

Les protéines des cellules vivantes utilisent presque exclusivement une seule chiralité des acides aminés, tandis que les sucres de l’ADN et de l’ARN présentent eux aussi une chiralité constante. La glycine, l’acide aminé le plus simple, fait exception, car elle ne possède pas deux formes distinctes images l’une de l’autre dans un miroir. L’utilisation généralisée d’une seule forme est appelée homochiralité, c’est-à-dire une même chiralité.

En laboratoire, les réactions produisent souvent des quantités égales des deux formes, à moins qu’un facteur ne les oriente. Le problème scientifique consistait à comprendre comment un système chimique initialement équilibré pouvait développer une forte préférence. Kagan a montré comment un catalyseur pouvait amplifier une préférence ; Soai a mis au point des réactions dans lesquelles celle-ci pouvait croître à mesure que la réaction produisait davantage de catalyseur.

Kagan a découvert qu’un catalyseur mixte pouvait faire mieux que prévu

L’avancée décisive de Kagan remonte à 1986. Un catalyseur facilite une réaction chimique sans être consommé au cours de celle-ci. En catalyse asymétrique, sa forme moléculaire contribue à orienter la production vers l’une des images en miroir.

Les chimistes s’attendaient à une relation simple entre la proportion des formes dans un catalyseur et leur proportion dans le produit. Kagan a montré que cette relation pouvait s’écarter de leurs prévisions et produire une préférence plus marquée que ne le laissait supposer la composition du catalyseur. Cet écart est appelé effet non linéaire.

Une explication fait intervenir des catalyseurs dont les structures actives comportent des paires d’auxiliaires moléculaires. Un mélange peut former des paires assorties de même chiralité ou des paires dépareillées, composées d’un élément de chaque forme. Dans certaines réactions, les paires dépareillées sont beaucoup moins actives, si bien que les paires assorties réalisent l’essentiel du travail.

Considérons un mélange de 75 auxiliaires d’une forme et de 25 de l’autre. S’ils s’associent au hasard, les paires assorties sont dans un rapport de 75 au carré contre 25 au carré, soit neuf pour une. Lorsque les paires dépareillées contribuent peu, les paires assorties actives se comportent donc comme un mélange à 90 contre 10. Une préférence initiale modeste se traduit par une influence chimique plus marquée.

La découverte de Kagan a fourni aux chercheurs à la fois un outil pratique et un moyen d’étudier les catalyseurs. La forme de la relation entre la composition du catalyseur et celle du produit peut révéler des indices sur la façon dont les molécules s’assemblent et agissent dans un réacteur.

Soai a fait en sorte qu’une réaction contribue à sa propre production

L’étape suivante de Soai a été l’autocatalyse asymétrique. L’autocatalyse signifie que le produit d’une réaction contribue à catalyser la formation d’une plus grande quantité de ce même produit. Si le processus favorise aussi la chiralité propre au produit, un léger avantage initial peut alimenter une production accrue.

Le document de référence scientifique de l’Académie fait remonter un premier résultat à 1990. Soai a utilisé du diisopropylzinc et du pyridine-3-carbaldéhyde, avec un catalyseur préparé à partir de l’alcool produit par la réaction elle-même.

L’expérience a démontré à la fois l’autocatalyse et une préférence pour l’une des images en miroir. Elle présentait toutefois une limite : la préférence diminuait. L’excès énantiomérique du catalyseur était de 86 %, contre 35 % pour le produit.

L’excès énantiomérique, généralement abrégé en ee, mesure l’écart entre les pourcentages des deux formes. Un mélange comprenant 75 % d’une forme et 25 % de l’autre présente un ee de 50 %. Un mélange à parts égales a un ee nul, tandis qu’un produit ne contenant qu’une seule forme a un ee de 100 %.

Le résultat de 1990 montrait donc que la réaction pouvait reproduire son propre catalyseur, mais qu’elle atténuait la préférence initiale. Cinq ans plus tard, l’équipe de Soai a découvert une réaction utilisant du pyrimidine-5-carbaldéhyde, dans laquelle l’excès du produit était supérieur à celui du catalyseur. La rétroaction renforçait désormais la préférence au lieu de l’affaiblir.

Ce que signifient réellement les chiffres spectaculaires de pureté

Les expériences de Soai en 1995 ont commencé avec un catalyseur préparé à partir d’une matière présentant un ee de 5 %. Le premier produit a atteint un ee de 55 %. L’utilisation du produit obtenu dans une autre réaction a porté ce chiffre à 87 %, puis la séquence a atteint 90 % d’ee au terme de cinq étapes successives.

Passer de 5 % à 90 % d’ee revient à passer d’un mélange composé de 52,5 % contre 47,5 % à un mélange de 95 % contre 5 %. Le mélange initial était presque équilibré ; le mélange final contenait 19 molécules de la forme favorisée pour une molécule de son image en miroir.

Un exemple ultérieur est parti d’un ligand, une molécule utilisée pour préparer le catalyseur, présentant un ee de seulement 0,00005 %. Après trois étapes successives, le produit dépassait 99,5 % d’ee. Cela correspond à plus de 99,75 % de la forme favorisée et à moins de 0,25 % de l’autre.

L’Académie décrit ce résultat comme une amplification du rapport entre stéréoisomères d’un facteur 630 000. Ce chiffre concerne la proportion relative des formes moléculaires, et non la quantité de matière produite.

L’annonce du Nobel situe en 2003 l’étape marquante à laquelle Soai a présenté une réaction ne formant qu’une seule des deux images possibles dans le miroir. Ensemble, ces expériences ont montré comment une rétroaction chimique répétée pouvait transformer un déséquilibre presque imperceptible en homochiralité.

Le hasard peut favoriser l’une ou l’autre forme moléculaire

Soai a également étudié des réactions sans source de chiralité ajoutée. Dans ce type d’expérience, une infime fluctuation statistique peut donner un avantage à une forme, que la réaction amplifie ensuite.

Parmi les 37 expériences décrites dans le document de référence scientifique de l’Académie, 18 ont favorisé la forme désignée par R et 19 celle désignée par S. L’ee des produits allait de 15 % à 91 %. Cette répartition presque égale montre que l’une ou l’autre forme pouvait prendre l’avantage.

Les lettres R et S désignent les configurations moléculaires. Elles permettent aux chimistes de nommer précisément les deux arrangements sans devoir les représenter par une main gauche ou droite. Dans ces expériences, chaque réaction a développé une préférence, même si la série prise dans son ensemble n’a favorisé aucune des deux configurations.

L’Académie attribue également à Daniel Singleton une démonstration indépendante de la brisure de symétrie à l’aide de la réaction de Soai. La brisure de symétrie est l’apparition d’un résultat inégal dans un système initialement équilibré.

Heiner Linke, président du comité Nobel de chimie, a décrit cette avancée lors de l’annonce du prix :

Henri Kagan et Kenso Soai ont apporté une réponse à un mystère chimique vieux de plus d’un siècle : comment l’homochiralité peut émerger spontanément. Les réactions chimiques qu’ils ont mises au point sont spectaculaires.

L’Académie circonscrit la portée de la réaction pour comprendre les origines de la vie : elle démontre en laboratoire une voie chimique vers l’homochiralité, tandis que l’origine de la chiralité biologique dans l’eau demeure une question ouverte. Selon son document de référence scientifique, la réaction de Soai n’est pas pertinente pour expliquer l’apparition de l’homochiralité biologique dans les systèmes aqueux.

Pourquoi cette différence intéresse les fabricants de médicaments

La mise au point de médicaments donne à la chiralité moléculaire une importance pratique immédiate. Deux formes d’un composé peuvent interagir différemment avec l’organisme ; les fabricants peuvent donc avoir besoin d’un procédé qui produise de manière fiable la forme recherchée.

Kovuru Gopalaiah, professeur à l’Université de Delhi qui a travaillé dans le laboratoire de Kagan, explique que l’amplification peut réduire la nécessité d’utiliser des catalyseurs extrêmement purs. Dans certains procédés adaptés, l’utilisation d’une matière pure à environ 70 % plutôt qu’à 99 % peut réduire les coûts de purification. Un exemple cité concernant Merck a permis de produire le composé L-699,392 à 95 % de pureté à partir d’une matière première pure à 70 %.

L’Inde est particulièrement intéressée par de telles améliorations de la production. Une brochure de l’ambassade indienne citée dans les échanges autour du prix estime que le pays représente environ 20 % de l’approvisionnement mondial en médicaments génériques, en volume. Les économies éventuelles dépendraient de la réaction et du procédé de fabrication concernés ; les découvertes récompensées par le Nobel fournissent des principes que les chimistes peuvent mettre à l’épreuve pour concevoir ces procédés.

La thalidomide montre que la sécurité d’un médicament ne se résume pas au choix d’une forme moléculaire. Ce médicament a provoqué de graves malformations congénitales et a été retiré des marchés en 1961. G Sekar, responsable du département de chimie de l’IIT Madras, explique que ses formes peuvent se convertir l’une en l’autre dans l’organisme. Le comportement d’un médicament dépend donc aussi de ce qui se passe après son administration, et pas seulement de la matière fabriquée.

La décision d’utiliser ou non une seule forme moléculaire dépend de la sécurité, de l’efficacité et des exigences réglementaires. Les découvertes de Kagan et de Soai aident les chimistes à maîtriser les substances qu’ils produisent et fournissent aux chercheurs en pharmacologie des produits de départ plus précis pour leurs évaluations.

Les étapes clés à l’origine du prix

La récompense Nobel couronne des découvertes élaborées sur plusieurs décennies. Kagan a établi qu’un déséquilibre moléculaire du catalyseur pouvait être amplifié ; Soai a conçu des réactions dans lesquelles le produit pouvait renforcer ce déséquilibre en se formant à plusieurs reprises.

• 1986 : Kagan démontre les effets non linéaires en catalyse asymétrique.
• 1990 : Soai publie une réaction autocatalytique asymétrique, même si l’ee du produit est inférieur à celui du catalyseur.
• 1995 : Soai et ses collègues démontrent une autocatalyse qui augmente l’ee, jusqu’à atteindre 90 % au terme de cinq étapes successives.
• 2003 : l’annonce du Nobel situe cette année-là la présentation par Soai d’une réaction ne formant qu’une seule image en miroir.
• 7 octobre 2026 : l’Académie royale des sciences de Suède annonce le partage du prix de chimie.
• 20 octobre 2026 : lors de la conférence de Tokyo, Soai évoque la réaction et ses futurs travaux de recherche.
• 10 décembre 2026 : la cérémonie de remise du prix Nobel est prévue à Stockholm.

Soai prévoit d’assister à la cérémonie de Stockholm et de prononcer une conférence consacrée à ses recherches et aux contributions de Louis Pasteur, le chimiste et microbiologiste français dont les travaux ont contribué à établir la notion d’asymétrie moléculaire au XIXe siècle.

Soai reste attaché aux expériences fondamentales

Soai a appris qu’il avait reçu le prix alors qu’il faisait des courses près de chez lui. Il a ensuite rendu hommage aux collègues et aux étudiants qui ont contribué à faire avancer les travaux expérimentaux à l’origine de la réaction qui porte désormais son nom.

Lors de la conférence de presse organisée après son intervention à Tokyo, Soai a expliqué la curiosité qui a guidé ses recherches :

Je m’intéressais aux questions fondamentales, ou plutôt aux questions les plus fondamentales.

Les recherches qu’il prévoit de mener reviennent au début du processus : qu’est-ce qui peut créer cette légère préférence pour la forme gauche ou droite qu’amplifie l’autocatalyse ? Le prix récompense les réactions déjà mises au point, tandis que les propos de Soai à Tokyo montrent que le déséquilibre initial continue de lui inspirer des expériences.

À retenir

• Kenso Soai et Henri B. Kagan se partageront à parts égales le prix Nobel de chimie 2026 et ses 12 millions de couronnes suédoises.
• Kagan a montré comment les catalyseurs peuvent produire une préférence moléculaire plus forte que ne le laisse supposer leur composition.
• Soai a mis au point des réactions dont les produits contribuent à leur propre formation tout en renforçant cette préférence.
• Une expérience a fait passer l’ee de 0,00005 % à plus de 99,5 % en trois étapes successives.
• Lors d’une conférence donnée à Tokyo le 20 octobre, Soai a déclaré vouloir étudier les causes possibles des déséquilibres moléculaires.
• Ces découvertes sont utiles à la chimie pharmaceutique et à la recherche en laboratoire sur l’homochiralité.
• Soai prévoit d’assister à la cérémonie Nobel du 10 décembre à Stockholm.