रसायन विज्ञान ने एक दर्पण-छवि को तरजीह देना कैसे सीखा
जापानी रसायनज्ञ केन्सो सोआई और फ्रांसीसी रसायनज्ञ हेनरी बी. कागन को 2026 का रसायन विज्ञान नोबेल पुरस्कार उन खोजों के लिए मिला है, जिनसे पता चला कि रासायनिक अभिक्रियाएं किसी अणु के दर्पण-छवि वाले दो रूपों में से एक को तरजीह दे सकती हैं। उनके काम से जीवन के रसायन विज्ञान की एक पुरानी पहेली पर रोशनी पड़ती है: कई आवश्यक जैविक अणु अपने दो संभावित रूपों में से केवल एक में ही भारी मात्रा में क्यों पाए जाते हैं।
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रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने बुधवार को स्टॉकहोम में पुरस्कार की घोषणा की। अकादमी ने इस जोड़ी की “असममित कार्बनिक संश्लेषण में गैर-रैखिक प्रभावों और स्व-उत्प्रेरण की खोज” को सम्मानित किया। 1.2 करोड़ स्वीडिश क्रोनर की पुरस्कार राशि दोनों विजेताओं के बीच बराबर बांटी जाएगी। पुरस्कार समारोह 10 दिसंबर को स्टॉकहोम में होगा, जो अल्फ्रेड नोबेल की पुण्यतिथि है।
टोक्यो यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस के प्रोफेसर एमेरिटस सोआई को यह खबर अपने घर के पास खरीदारी करते समय मिली। नोबेल समिति से फोन पर बात करते हुए उन्होंने इसे अपने जीवन के सबसे रोमांचक दिनों में से एक बताया और कहा कि उन्हें पूर्व यूनिवर्सिटी पेरिस-सूद के प्रोफेसर एमेरिटस कागन के साथ यह सम्मान साझा करके खुशी है। बाद में विश्वविद्यालय की प्रेस कॉन्फ्रेंस में सोआई ने अपने विद्यार्थियों और सहकर्मियों का आभार जताते हुए कहा कि उनके सहयोग के बिना उनका काम संभव नहीं था।
यह पुरस्कार ऐसे बुनियादी अनुसंधान को मान्यता देता है जिसका उन रसायनज्ञों के लिए व्यावहारिक महत्व है जो दवाएं, सामग्री, सुगंध और अन्य यौगिक बनाते हैं। यह एक ऐसी प्रयोगशाला अभिक्रिया को भी रेखांकित करता है, जो इस बात की पड़ताल का तरीका देती है कि जीवन में अणुओं की विशिष्ट दिशात्मकता कैसे उत्पन्न हुई होगी। हालांकि, शोधकर्ता आगाह करते हैं कि इस अभिक्रिया को शुरुआती पृथ्वी के रसायन विज्ञान का प्रत्यक्ष मॉडल नहीं माना जाता।
अणुओं की दिशात्मकता का क्या अर्थ है?
कुछ अणु दो ऐसे रूपों में मौजूद होते हैं जिनमें परमाणु एक ही क्रम में जुड़े होते हैं, लेकिन उनकी व्यवस्था एक-दूसरे की दर्पण-छवि होती है। बाएं और दाएं हाथों की तरह, इन दोनों रूपों को इस तरह एक-दूसरे के ऊपर नहीं रखा जा सकता कि उनके सभी हिस्से मेल खाएं। रसायनज्ञ इस गुण को काइरलता कहते हैं और इन दोनों रूपों को एनैन्टियोमर कहते हैं।
जीवित प्रणालियों में यह अंतर बहुत मायने रख सकता है। प्रोटीन लगभग पूरी तरह L अमीनो अम्लों से बनते हैं, जबकि डीएनए और आरएनए में मौजूद शर्कराओं का विन्यास इसके विपरीत D होता है। अणु के दोनों रूप शरीर के साथ अलग-अलग तरह से क्रिया कर सकते हैं, क्योंकि प्रोटीन समेत जैविक संरचनाएं खुद काइरल होती हैं। किसी दवा का एक रूप वांछित असर कर सकता है, जबकि उसकी दर्पण-छवि का असर कम या अलग हो सकता है अथवा उससे अनचाहे दुष्प्रभाव हो सकते हैं।
इसलिए दवा विकास में काइरलता एक व्यावहारिक चिंता है, केवल अणुओं की ज्यामिति का कोई सैद्धांतिक गुण नहीं। इससे वैज्ञानिकों के सामने जीवन की उत्पत्ति से जुड़ा एक चौंकाने वाला सवाल भी आता है। काइरल अणु बनाने वाली कई सामान्य अभिक्रियाएं दोनों दर्पण-छवियों को लगभग बराबर मात्रा में पैदा करती हैं। ऐसे में जीवन कई जैविक निर्माण खंडों के केवल एक रूप पर इतना निर्भर कैसे हो गया?
इस पहेली का इतिहास लंबा है। 19वीं सदी में लुई पाश्चर ने टार्टरिक अम्ल के क्रिस्टलों के दो रूपों को अलग किया और पाया कि उनके घोल ध्रुवित प्रकाश को विपरीत दिशाओं में घुमाते हैं। उनके प्रयोगों से यह स्थापित करने में मदद मिली कि कुछ अणुओं के दर्पण-छवि वाले रूप होते हैं। बाद के काम से पता चला कि बैक्टीरिया टार्टरिक अम्ल के एक रूप का सेवन कर सकते हैं, जबकि उसकी दर्पण-छवि को छोड़ देते हैं। इससे जीवित रसायन विज्ञान की असाधारण चयनात्मकता का पता चला।
कागन ने तस्वीर कैसे बदली?
एक अहम सैद्धांतिक विचार 1953 में आया, जब भौतिक विज्ञानी चार्ल्स फ्रैंक ने बताया कि खुद अपना काइरल उत्प्रेरक बनाने वाली अभिक्रिया शुरुआती छोटे असंतुलन को बढ़ा सकती है। उत्प्रेरक किसी अभिक्रिया को तेज करता है, लेकिन उसमें खर्च नहीं होता। यदि अभिक्रिया ऐसे उत्प्रेरक की अधिक मात्रा पैदा करे जो एक दर्पण-छवि को तरजीह देता हो, तो वह उत्प्रेरक बदले में उसी रूप की और अधिक मात्रा बनाने में मदद कर सकता है।
कई दशकों तक प्रयोगशाला में इस प्रस्ताव को साकार करना मुश्किल रहा। कागन के काम ने इसका एक अहम हिस्सा स्पष्ट किया। 1986 में उन्होंने और उनके सहकर्मियों ने दिखाया कि उत्प्रेरक की दिशात्मकता और उसके उत्पादों की दिशात्मकता के बीच संबंध हमेशा सरल एक-के-बदले-एक जैसा नहीं होता। उत्प्रेरक के एक रूप की मामूली अधिकता से उत्पाद के एक रूप की कहीं अधिक बड़ी अधिकता पैदा हो सकती है।
इसे गैर-रैखिक प्रभाव कहते हैं। इसका अर्थ है कि नतीजा शुरुआती असंतुलन के सीधे अनुपात में नहीं बढ़ता। कुछ अभिक्रियाओं में उत्प्रेरक अणु अलग-अलग संयोजनों में जोड़े बना सकते हैं। यदि विपरीत दिशात्मकता वाले अणुओं की मिश्रित जोड़ी, एक जैसी दिशात्मकता वाली जोड़ियों से कम प्रभावी ढंग से अभिक्रिया करे, तो उत्प्रेरक के मिश्रण से जितना अनुमान हो, उससे अधिक मजबूती से अभिक्रिया उत्पाद के एक रूप को तरजीह दे सकती है।
कागन की खोज संश्लेषण करने वाले रसायनज्ञों के लिए अहम थी, क्योंकि इससे पता चला कि कभी-कभी उत्प्रेरक का उतना ही शुद्ध होना जरूरी नहीं कि उत्पाद भी एक ही रूप में बनाने के लिए। इसने शोधकर्ताओं को यह समझने का तरीका भी दिया कि रासायनिक प्रणाली में छोटा-सा झुकाव कैसे बढ़ सकता है। उनके काम ने गणितीय संभावना को ऐसे सवाल में बदलने में मदद की जिसे रसायनज्ञ प्रयोगों से जांच सकते थे।
सोआई की अभिक्रिया बड़ी खोज क्यों बनी?
सोआई ने एक और संभावना पर काम किया: ऐसा अभिक्रिया उत्पाद जो अपने ही और उत्पाद के बनने को उत्प्रेरित करे। इस प्रक्रिया को स्व-उत्प्रेरण कहते हैं। जब उत्पाद काइरल हो और अपने ही दर्पण-छवि वाले रूप को तरजीह देते हुए उसकी अधिक मात्रा बनाए, तो फीडबैक लूप के जरिए अभिक्रिया छोटे असंतुलन को बढ़ा सकती है।
सोआई और उनके सहकर्मियों ने 1990 में एक शुरुआती स्व-उत्प्रेरक अभिक्रिया की जानकारी दी। 1995 में उन्होंने इससे जुड़ी एक अभिक्रिया प्रकाशित की, जो ऐतिहासिक सोआई अभिक्रिया बनी: एक काइरल उत्पाद ने अपने ही बनने को उत्प्रेरित किया और इससे एक एनैन्टियोमर की प्रधानता बढ़ सकती थी। 2003 में टीम ने ऐसी अभिक्रिया का एक रूप बताया जिसने शुरुआती बहुत छोटे असंतुलन को बढ़ाकर ऐसी सामग्री बनाई जिसमें 99.75 प्रतिशत एक ही एनैन्टियोमर था।
इस नतीजे ने प्रयोगशाला में दिखाया कि कौन-सा रूप हावी हो, यह तय करने के लिए बाहरी काइरल अणु पर निर्भर हुए बिना भी अभिक्रिया लगभग एकतरफा हो सकती है। रसायन विज्ञान की नोबेल समिति के अध्यक्ष हाइनर लिंके ने कहा कि कागन और सोआई ने “एक सदी से भी पुरानी रासायनिक पहेली का हल दिया है: समकाइरलता अपने आप कैसे उभर सकती है।” समकाइरलता का अर्थ है कि कोई प्रणाली दो संभावित आणविक रूपों में से मुख्य रूप से एक का उपयोग करती है।
इस अभिक्रिया की चर्चा अक्सर जीवन की उत्पत्ति के संदर्भ में होती है, लेकिन इस संबंध को कुछ शर्तों के साथ समझना चाहिए। सोआई अभिक्रिया दिखाती है कि रासायनिक फीडबैक छोटे असंतुलन को कैसे बढ़ा सकता है। शोधकर्ताओं ने बताया है कि इसके लिए खास अभिकारकों और परिस्थितियों की जरूरत होती है, जिनमें पानी के साथ असंगत परिस्थितियां भी शामिल हैं। इसलिए शुरुआती जैविक पृथ्वी पर इसके ठीक इसी तरह घटित होने की संभावना कम है। इसका महत्व आंशिक रूप से इस सिद्धांत को दिखाने में है, जिसकी तुलना शोधकर्ता आणविक असममिति पैदा करने के अन्य संभावित रास्तों से कर सकते हैं।
जीवन की उत्पत्ति से आगे इस काम का महत्व
कई दवाएं और अन्य उपयोगी रसायन बनाने के लिए अणुओं की दिशात्मकता को नियंत्रित करना बेहद अहम है। एक एनैन्टियोमर को चुनकर बनाने वाली अभिक्रिया बाद में मिश्रण को अलग करने की जरूरत घटा सकती है और निर्माताओं को अधिक अनुमानित गुणों वाले यौगिक बनाने में मदद कर सकती है। नोबेल पुरस्कार ने उन खोजों को मान्यता दी है जिन्होंने ऐसी अभिक्रियाओं को समझने और उनकी रूपरेखा बनाने के रसायनज्ञों के तरीके को आकार दिया।
दवा इतिहास ने इसके महत्व को रेखांकित किया है। थैलिडोमाइड 1960 के शुरुआती दशक में गर्भावस्था की मतली के इलाज के लिए दी जाती थी और इसका संबंध जन्मजात गंभीर विकृतियों से जुड़ा। बाद के शोध ने इसकी दर्पण-छवि वाले रूपों के जैविक प्रभावों में अंतर पर ध्यान दिलाया। काइरलता के अध्ययन का महत्व समझाने के लिए इस उदाहरण का अक्सर जिक्र होता है, हालांकि थैलिडोमाइड का जैविक व्यवहार इस सरल बंटवारे से अधिक जटिल है कि एक रूप हानिकारक और दूसरा सुरक्षित है।
दूसरे परिचित अणु भी दिखाते हैं कि दर्पण-छवि वाले रूपों के गुण अलग हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, कार्वोन के दो रूपों का संबंध पुदीने और जीरे की सुगंध से है। यही सिद्धांत इस बात को प्रभावित कर सकता है कि दवाएं, कीटनाशक और अन्य यौगिक जैविक लक्ष्यों के साथ कैसे क्रिया करते हैं। अणु की संरचना, जिसमें उसकी दिशात्मकता भी शामिल है, यह तय करने में मदद करती है कि वह क्या करता है।
कागन और सोआई का काम असममित संश्लेषण के व्यापक विकास का भी हिस्सा है। इसमें अभिक्रियाओं को किसी चुने हुए एनैन्टियोमर की ओर मोड़ा जाता है। 2001 के रसायन विज्ञान नोबेल ने असममित उत्प्रेरण में प्रगति के लिए विलियम नोल्स, रयोजी नोयोरी और बैरी शार्पलेस को सम्मानित किया था। कागन और सोआई ने इससे जुड़ा, लेकिन अलग सवाल उठाया: असंतुलन को कैसे बढ़ाया जा सकता है, जिसमें ऐसा उत्पाद भी शामिल है जो अपने ही बनने को उत्प्रेरित करता है।
जापानी जुड़ाव वाला बुनियादी विज्ञान का पुरस्कार
सोआई का जन्म 1950 में हिरोशिमा प्रांत में हुआ। उन्होंने टोक्यो विश्वविद्यालय में पढ़ाई की और विज्ञान में डॉक्टरेट की उपाधि हासिल की। जापान और नॉर्थ कैरोलाइना विश्वविद्यालय में शोध पदों पर काम करने के बाद वे टोक्यो यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस में प्रोफेसर बने। उन्हें 2012 में जापान का पर्पल रिबन पदक मिला और अब वे प्रोफेसर एमेरिटस हैं।
पुरस्कार के दिन हुई प्रेस कॉन्फ्रेंस में सोआई ने शोध को ऐसे प्रयोग लगातार करते रहने की प्रक्रिया बताया जिसमें यह पता नहीं होता कि अपेक्षित नतीजा मिलेगा या नहीं। उन्होंने कहा कि मुश्किलों पर उन्होंने ज्यादा ध्यान नहीं दिया, क्योंकि नए प्रयोगात्मक तथ्य खोजने से खुशी और विस्मय मिलता था। उन्होंने विश्वविद्यालय के शोध माहौल और अपने साथ काम करने वाले विद्यार्थियों का भी आभार जताया।
यह लगातार तीसरा साल है जब जापान के किसी व्यक्ति या संगठन को नोबेल पुरस्कार मिला है। इससे पहले 2024 और 2025 में जापानी विजेताओं को पुरस्कार मिला था। सोआई उन जापानी रसायनज्ञों की लंबी सूची में भी शामिल हैं जिन्हें कार्बनिक रसायन विज्ञान में काम के लिए सम्मानित किया गया है। यह क्षेत्र कार्बन युक्त यौगिकों का अध्ययन करता है, जिनमें प्रोटीन, शर्कराएं और कई दवाएं शामिल हैं।
विज्ञान के किन सवालों के जवाब अभी बाकी हैं?
यह पुरस्कार इस सवाल का समाधान नहीं करता कि जीवन का एकतरफा रसायन विज्ञान कैसे शुरू हुआ। यह उन प्रयोगात्मक और वैचारिक प्रगतियों को मान्यता देता है जो दिखाती हैं कि रासायनिक असंतुलन को कैसे मजबूत किया जा सकता है, जबकि यह सवाल खुला छोड़ती हैं कि जीवन के उभरने से पहले प्रकृति में कौन-सी प्रक्रियाएं सक्रिय थीं। शोधकर्ता वैकल्पिक तंत्रों की पड़ताल जारी रखे हुए हैं, जिनमें क्रिस्टल, सतहों और उन भौतिक परिस्थितियों से जुड़े प्रभाव शामिल हैं जो एक रूप को दूसरे पर तरजीह दे सकते हैं।
काम का महत्व इस अंतर को समझने में भी है। सोआई अभिक्रिया असममित स्व-उत्प्रेरण का एक सशक्त उदाहरण देती है, जबकि कागन के गैर-रैखिक प्रभाव यह समझने में मदद करते हैं कि उत्प्रेरक के मिश्रण अप्रत्याशित रूप से मजबूत प्राथमिकता कैसे पैदा कर सकते हैं। इन खोजों से रसायनज्ञों को व्यावहारिक संश्लेषण और जीवन की उत्पत्ति से जुड़े सवालों, दोनों में अणुओं की दिशात्मकता का अध्ययन करने के उपकरण मिलते हैं।
सोआई ने कहा कि उन्हें उम्मीद है कि इस सम्मान से कार्बनिक संश्लेषण पर अधिक ध्यान जाएगा और शोध आगे बढ़ सकेगा। नोबेल पुरस्कार ऐसे काम की कड़ी का जश्न मनाता है जिसकी शुरुआत एक सदी पुरानी पहेली से हुई और जिसका नतीजा प्रयोगशाला में एक उल्लेखनीय प्रदर्शन के रूप में सामने आया: सही परिस्थितियों में रसायन विज्ञान एक दर्पण-छवि को तरजीह देकर उस चुनाव को और मजबूत कर सकता है।
मुख्य बातें
- केन्सो सोआई और हेनरी बी. कागन को 2026 का रसायन विज्ञान नोबेल पुरस्कार मिला।
- यह पुरस्कार असममित कार्बनिक संश्लेषण में गैर-रैखिक प्रभावों और स्व-उत्प्रेरण को मान्यता देता है।
- कागन ने 1986 में दिखाया कि उत्प्रेरक का छोटा असंतुलन अभिक्रिया उत्पादों में बड़ा असंतुलन पैदा कर सकता है।
- सोआई की अभिक्रिया ने दिखाया कि काइरल उत्पाद अपने ही रूप की अधिक मात्रा के उत्पादन को उत्प्रेरित कर सकता है।
- ये निष्कर्ष रासायनिक संश्लेषण में उपयोगी हैं और जीवन में अणुओं की दिशात्मकता की शुरुआत का अध्ययन करने का मॉडल देते हैं, लेकिन उस सवाल का समाधान नहीं करते।
