Le due mani della chimica, dal profumo della menta al Nobel 2026

Riassunto

Una mano destra e una sinistra hanno la stessa anatomia, ma non sono sovrapponibili. Molte molecole si comportano allo stesso modo, e questa differenza invisibile può cambiare un odore, l’azione di un farmaco o il funzionamento di un enzima. La chiralità ha attraversato oltre un secolo di chimica, dalla struttura tridimensionale immaginata da van’t Hoff ai catalizzatori premiati nel 2001 e nel 2021. Il premio Nobel 2026 a Henri Kagan e Kenso Soai aggiunge un tassello decisivo, mostrando come una piccolissima preferenza per una forma molecolare possa amplificarsi, avvicinandoci a un mistero delle origini della vita.

Introduzione

Guardate le vostre mani. Hanno entrambe cinque dita, un palmo, le stesse articolazioni e praticamente la stessa struttura. Eppure, se provate a infilare la mano destra in un guanto sinistro, qualcosa non funziona. Potete ruotarla, inclinarla e girarla quanto volete, ma non riuscirete a far coincidere perfettamente le due forme. La mano destra e quella sinistra sono immagini speculari, proprio come un oggetto e il suo riflesso, ma non sono sovrapponibili. In chimica questa proprietà si chiama chiralità, dal greco cheir, che significa mano, e riguarda un numero sorprendentemente grande di molecole.

Immaginiamo un atomo di carbonio legato a quattro gruppi chimici differenti. I quattro legami si dispongono nello spazio verso i vertici di un tetraedro, una specie di piramide con quattro facce triangolari. Cambiando la disposizione dei gruppi possiamo ottenere due strutture speculari che, esattamente come le nostre mani, non possono essere sovrapposte mediante una semplice rotazione. Noi chimici le chiamiamo enantiomeri.

I due enantiomeri hanno la stessa formula chimica, contengono gli stessi atomi e possiedono, in un ambiente non chirale, quasi tutte le medesime proprietà fisiche. Hanno la stessa massa molecolare, lo stesso punto di fusione e, generalmente, reagiscono allo stesso modo con sostanze prive di chiralità. Persino la loro rappresentazione bidimensionale può sembrare identica, se non si presta attenzione all’orientamento dei legami nello spazio. Le differenze però emergono quando queste molecole incontrano qualcosa che, a sua volta, è chirale. E il nostro organismo è pieno di strutture di questo tipo.

La menta, il cumino e il naso

Un esempio particolarmente piacevole riguarda il nostro olfatto. Il carvone è una sostanza organica presente in diversi oli essenziali. La sua formula molecolare è sempre C₁₀H₁₄O, ma esiste in due forme speculari. Una, chiamata (R)-(-)-carvone, contribuisce al caratteristico profumo fresco della menta verde (Mentha spicata). L’altra, (S)-(+)-carvone, possiede un odore che ricorda il carvi, detto anche cumino dei prati, una spezia utilizzata soprattutto nella cucina dell’Europa centrale e settentrionale [1]. Il bello è che i due composti contengono esattamente gli stessi atomi, ma cambia soltanto il loro orientamento tridimensionale.

Quando una molecola odorosa entra nel nostro naso, può legarsi a specifiche proteine, ovvero i recettori olfattivi. Queste proteine possiedono una struttura tridimensionale complessa, con regioni nelle quali le molecole possono inserirsi e stabilire interazioni chimiche (proprio come l’esempio del guanto e della mano). La disposizione degli atomi influenza la capacità di legarsi al recettore e di attivarlo. Due enantiomeri possono quindi stimolare diversamente i recettori, producendo percezioni olfattive differenti.

Qualcosa di simile accade con il limonene, un composto presente soprattutto negli agrumi come l’arancia. Anche questa molecola esiste in due forme speculari, alle quali vengono comunemente associate note olfattive diverse, agrumate o più resinose. Occorre però fare attenzione a una semplificazione ripetuta per decenni persino nei manuali universitari: l’idea che un enantiomero abbia precisamente l’odore dell’arancia e l’altro quello del limone. Uno studio pubblicato nel 2021 sul Journal of Chemical Education ha mostrato che questa associazione è poco affidabile. Entrambi gli agrumi contengono prevalentemente la stessa forma del limonene e il loro aroma dipende da miscele di numerose sostanze volatili, alcune presenti in concentrazioni molto basse [2]. Un buon esempio di quanto sia difficile attribuire un odore complesso a una singola molecola.

Il principio, comunque, rimane: il nostro naso può distinguere la geometria di molecole che, osservate attraverso la sola formula chimica, sembrerebbero indistinguibili. E se una differenza così piccola può trasformare la percezione di un odore, possiamo immaginare quanto possa diventare importante quando una molecola deve interagire con un enzima, un recettore cellulare o una proteina coinvolta nel funzionamento del nostro organismo a livello farmaceutico.

La talidomide e il lato pericoloso della chiralità

Negli anni Cinquanta, un farmaco chiamato talidomide venne commercializzato in diversi Paesi come sedativo e utilizzato anche per alleviare la nausea durante la gravidanza. Sembrava un medicinale relativamente sicuro. Nel giro di pochi anni, tuttavia, migliaia di bambini nacquero con gravi malformazioni, soprattutto agli arti. La talidomide divenne uno dei più drammatici scandali della storia farmaceutica.

La molecola possiede un centro chirale ed esiste quindi in due forme speculari. Gli studi hanno associato all’enantiomero (R) prevalentemente l’attività sedativa, mentre l’enantiomero (S) è responsabile di importanti effetti teratogeni, ossia capaci di provocare malformazioni durante lo sviluppo embrionale. Sembrerebbe una situazione relativamente semplice da risolvere: produrre esclusivamente la forma (R) ed eliminare quella pericolosa. Purtroppo, la chimica non è sempre così accomodante.

Nelle condizioni fisiologiche i due enantiomeri della talidomide possono trasformarsi spontaneamente l’uno nell’altro, attraverso un processo chiamato racemizzazione. Anche somministrando una preparazione contenente soltanto la forma (R), nell’organismo può formarsi nuovamente l’enantiomero (S). Separare le due forme, dunque, non sarebbe bastato a evitare la tragedia [3].

Il caso della talidomide viene spesso utilizzato per spiegare perché la chiralità sia importante nello sviluppo dei farmaci, ma raccontarlo correttamente richiede questa precisazione. Le differenze tra enantiomeri possono essere decisive, eppure la loro attività biologica dipende anche dalla stabilità delle molecole, dal metabolismo e dalle trasformazioni che avvengono nell’organismo. Per i chimici farmaceutici, conoscere la formula molecolare di una sostanza non è sufficiente. Occorre sapere come sono disposti gli atomi nello spazio, come la sostanza interagisce con le proteine e se quella configurazione rimane stabile durante il suo percorso nell’organismo. Questa consapevolezza è il risultato di una lunga storia scientifica, cominciata oltre un secolo prima della talidomide.

Dalle prime scoperte ai Nobel della chiralità

Nel 1848, Louis Pasteur osservò che alcuni cristalli di un sale dell’acido tartarico esistevano in due forme speculari. Separandoli con una pinzetta e sciogliendoli in acqua, scoprì che le due soluzioni facevano ruotare la luce polarizzata in direzioni opposte. Era una delle prime dimostrazioni sperimentali della chiralità molecolare [4]. Nel 1874, Jacobus Henricus van’t Hoff e Joseph Achille Le Bel fornirono una spiegazione geometrica del fenomeno: i quattro legami del carbonio si dispongono nello spazio verso i vertici di un tetraedro. Quando i gruppi legati al carbonio sono differenti, possono originarsi due strutture speculari non sovrapponibili. Van’t Hoff ricevette nel 1901 il primo Nobel per la Chimica, sebbene per i suoi studi sulla dinamica chimica e sulla pressione osmotica, anziché per la stereochimica [5].

Il Nobel del 1975, assegnato a John Cornforth e Vladimir Prelog, segnò un altro passaggio fondamentale. Cornforth dimostrò come gli enzimi distinguano posizioni apparentemente equivalenti all’interno delle molecole, utilizzando isotopi come il deuterio per seguire il destino degli atomi durante le reazioni biologiche. Prelog contribuì invece allo sviluppo delle regole di nomenclatura che ancora oggi permettono di identificare le configurazioni stereochimiche R e S. Queste lettere descrivono la disposizione tridimensionale degli atomi, indipendentemente dalla direzione in cui la molecola ruota la luce polarizzata [6].

Comprendere la chiralità, però, non bastava: bisognava imparare a controllarla. Quando una reazione produce un nuovo centro chirale, in assenza di influenze asimmetriche si ottengono generalmente quantità uguali dei due enantiomeri, formando una miscela racemica. Per l’industria farmaceutica questo rappresenta un problema, perché spesso soltanto uno dei due possiede l’attività desiderata.

Nel 2001, William Knowles, Ryoji Noyori e K. Barry Sharpless ricevettero il Nobel per aver sviluppato metodi di sintesi asimmetrica. Attraverso catalizzatori chirali, capaci di favorire una specifica geometria durante la reazione, divenne possibile produrre selettivamente un enantiomero. Knowles contribuì, per esempio, allo sviluppo della sintesi industriale della L-DOPA, utilizzata nel trattamento del Parkinson. Queste scoperte trasformarono la produzione di farmaci e numerose altre sostanze chimiche [7].

Vent’anni dopo, il Nobel 2021 premiò Benjamin List e David MacMillan per lo sviluppo dell’organocatalisi asimmetrica. I due ricercatori dimostrarono che anche piccole molecole organiche, come l’amminoacido prolina utilizzato da List, potevano funzionare da catalizzatori chirali. Si apriva così una nuova strada per progettare reazioni stereoselettive, spesso senza ricorrere a complessi catalizzatori metallici [8].

In poco più di un secolo, la chimica aveva imparato a riconoscere, descrivere e produrre selettivamente le due forme speculari delle molecole. Rimaneva però una questione fondamentale: capire come una piccolissima preferenza iniziale per un enantiomero potesse trasformarsi in una predominanza quasi assoluta.

Il Nobel 2026 e il mistero delle origini della vita

Il 7 ottobre 2026, il Premio Nobel per la Chimica è stato assegnato al francese Henri B. Kagan e al giapponese Kenso Soai, per le loro scoperte sugli effetti non lineari e sull’autocatalisi nella sintesi organica asimmetrica.

Negli anni Ottanta, Kagan aveva osservato che la composizione stereochimica di un catalizzatore non determina necessariamente una risposta proporzionale nel prodotto. In alcune reazioni, una piccola prevalenza di una configurazione chirale nel catalizzatore può generare una preferenza molto più marcata nel prodotto finale. Per esempio, immaginiamo di preparare un catalizzatore utilizzando il 60% di molecole nella configurazione R e il 40% nella configurazione S. In determinate condizioni, il prodotto potrebbe risultare composto per il 90% da un enantiomero e soltanto per il 10% dall’altro. Questo accade perché le diverse combinazioni di molecole che costituiscono il catalizzatore non hanno tutte la stessa attività: alcune favoriscono la reazione molto più di altre. Kagan dimostrò che questo fenomeno, chiamato effetto non lineare, permette in alcuni sistemi catalitici di amplificare una preferenza chirale iniziale. Nel 1986 con i suoi collaboratori dimostrò sperimentalmente questi effetti, aprendo nuove possibilità per comprendere i meccanismi della catalisi asimmetrica. La sua lunga carriera, dedicata anche allo sviluppo di catalizzatori chirali per idrogenazioni e ossidazioni, è stata ricostruita nel 2023 nell’articolo A Pioneering Career in Catalysis: Henri B. Kagan, pubblicato su ACS Catalysis [9].

Kenso Soai portò il concetto di amplificazione dell’asimmetria ancora più avanti, studiando un fenomeno particolare: l’autocatalisi chirale. In una normale reazione catalitica, il catalizzatore accelera la formazione di un prodotto. Nell’autocatalisi, invece, è il prodotto stesso a favorire la propria formazione. Soai dimostrò che questo meccanismo poteva essere combinato con la chiralità: un enantiomero poteva favorire la produzione di altre molecole della propria configurazione. Nel 1995, Soai e i suoi collaboratori ottennero un risultato sorprendente. Partendo da una miscela con un eccesso enantiomerico del 2%, raggiunsero un eccesso dell’87%. In termini semplici, una composizione iniziale del 51% di un enantiomero e del 49% dell’altro poteva trasformarsi in una miscela fortemente sbilanciata verso una sola forma.

Negli anni successivi, Soai perfezionò il sistema, arrivando a ottenere prodotti con purezza enantiomerica prossima al 100%. Ancora più interessante è il comportamento della reazione quando viene avviata senza introdurre deliberatamente alcuna preferenza chirale. Piccolissime fluttuazioni possono favorire casualmente una configurazione, che successivamente amplifica il proprio vantaggio attraverso l’autocatalisi. Ripetendo l’esperimento, può prevalere l’una oppure l’altra forma.

Una reazione chimica può quindi amplificare spontaneamente una differenza molecolare inizialmente quasi impercettibile, senza alcun intervento biologico [4]. Questa scoperta offre un possibile collegamento con uno dei grandi interrogativi sulle origini della vita: l’omochiralità biologica.

Le proteine degli organismi terrestri sono costruite quasi esclusivamente con amminoacidi della serie L, mentre DNA e RNA contengono zuccheri della serie D. Esistono eccezioni, come gli amminoacidi D presenti nelle pareti cellulari di numerosi batteri, ma la preferenza stereochimica fondamentale è condivisa da tutti gli organismi conosciuti. Dal punto di vista chimico, tuttavia, è possibile immaginare una biologia costruita con configurazioni opposte. Non conosciamo alcuna legge fondamentale che imponga alla vita di utilizzare proprio gli amminoacidi L e gli zuccheri D. Una delle ipotesi è che piccole asimmetrie presenti sulla Terra primitiva siano state progressivamente amplificate da reazioni chimiche, fino a stabilizzare una configurazione dominante. Le scoperte di Kagan e Soai dimostrano che un’amplificazione di questo tipo è possibile, anche se non provano che sia effettivamente avvenuta durante l’origine della vita. Rimane inoltre da comprendere come si sia sviluppato il rapporto tra la chiralità degli acidi nucleici e quella delle proteine. Uno studio pubblicato nel 2024 su Nature Communications, condotto su molecole di RNA cataliticamente attive chiamate ribozimi, ha mostrato che la preferenza per gli amminoacidi L non deriva necessariamente dalla presenza di RNA contenente zuccheri D. Questa selettività potrebbe essersi stabilita durante l’evoluzione dei primi sistemi biochimici [10].

Il Nobel 2026 aggiunge così un tassello alla storia iniziata con i cristalli di Pasteur. Oggi sappiamo produrre molecole con una configurazione precisa e conosciamo meccanismi capaci di amplificare una minuscola differenza tra due enantiomeri. Rimane ancora da chiarire perché, miliardi di anni fa, la chimica da cui discendono tutti gli organismi terrestri abbia finito per privilegiare proprio una delle due forme possibili.

Conclusione

Quando Pasteur separò i suoi piccoli cristalli nel 1848, non poteva immaginare che la chiralità sarebbe diventata così importante nella chimica moderna. Oggi sappiamo produrre molecole con una configurazione stereochimica precisa, un requisito fondamentale per molti farmaci, e comprendiamo sempre meglio come controllare questa selettività durante le reazioni.

Le scoperte premiate con il Nobel 2026 offrono ulteriori possibilità. Le scoperte di Kagan potrebbero aiutare a produrre farmaci, aromi e altre sostanze chimiche in modo più semplice ed economico, ottenendo direttamente la forma molecolare desiderata e riducendo gli sprechi [9]. Gli esperimenti di Soai hanno invece dimostrato che una piccolissima differenza tra due molecole speculari può aumentare spontaneamente durante una reazione, fino a far prevalere quasi completamente una delle due. In futuro, questo principio potrebbe permettere di sviluppare nuovi metodi di produzione, evitando i costosi passaggi necessari per separare le due forme molecolari [4].

Rimane aperta anche una questione più profonda: perché la vita sulla Terra abbia privilegiato determinate configurazioni molecolari. Le ricerche di Kagan e Soai non forniscono ancora una risposta, ma mostrano come una differenza inizialmente minuscola possa diventare dominante. Un fenomeno che, dalla chimica di laboratorio ai processi biologici, continua a ricordarci quanto possa essere importante la disposizione di pochi atomi nello spazio.

Riferimenti

[1] Ravid, U., Putievsky, E., Katzir, I., Weinstein, V., & Ikan, R. (1992). Chiral GC analysis of (S)(+)- and (R)(−)-carvone with high enantiomeric purity in caraway, dill and spearmint oils. Flavour and Fragrance Journal, 7(5), 289–292. https://doi.org/10.1002/ffj.2730070511 Wiley Online Library

[2] Kvittingen, L., Sjursnes, B. J., & Schmid, R. (2021). Limonene in citrus: A string of unchecked literature citings? Journal of Chemical Education, 98(11), 3600–3607. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.1c00363 American Chemical Society Publications

[3] American Chemical Society. (2014, aggiornato nel 2024). Thalidomide. Molecule of the Week. https://www.acs.org/molecule-of-the-week/archive/t/thalidomide.html American Chemical Society

[4] Royal Swedish Academy of Sciences. (2026). They solved chemistry’s asymmetric mystery. Popular Science Background to the Nobel Prize in Chemistry 2026. https://www.kva.se/en/prizes/nobel-prizes/they-solved-chemistrys-asymmetric-mystery/ Kungl. Vetenskapsakademien

[5] NobelPrize.org. (s.d.). The Nobel Prize in Chemistry: The development of modern chemistry. https://www.nobelprize.org/prizes/themes/the-nobel-prize-in-chemistry-the-development-of-modern-chemistry/ Nobel Prize

[6] NobelPrize.org. (2009). Connecting form with function. The Nobel Prize in Chemistry 1975, Speed Read. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1975/speedread/ Nobel Prize

[7] NobelPrize.org. (2009). A helping hand. The Nobel Prize in Chemistry 2001, Speed Read. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/speedread/ Nobel Prize

[8] Royal Swedish Academy of Sciences. (2021). The Nobel Prize in Chemistry 2021: Popular science background. https://www.nobelprize.org/uploads/2021/10/popular-chemistryprize2021.pdf Nobel Prize

[9] Chusov, D., Molander, G. A., Ratovelomanana-Vidal, V., Riant, O., & Schulz, E. (2023). A pioneering career in catalysis: Henri B. Kagan. ACS Catalysis, 13(17), 11494–11508. https://doi.org/10.1021/acscatal.3c02965 American Chemical Society Publications

[10] Kenchel, J., Vázquez-Salazar, A., Wells, R., et al. (2024). Prebiotic chiral transfer from self-aminoacylating ribozymes may favor either handedness. Nature Communications, 15, 7980. https://doi.org/10.1038/s41467-024-52362-x Nature