浙江新闻客户端记者 林婧
本亚明·利斯特（左）和戴维·麦克米伦（右），图源：诺贝尔奖官网
10月6日，2021年诺贝尔化学奖授予德国科学家本亚明·利斯特和美国科学家戴维·麦克米伦，以表彰他们对“不对称有机催化”的发展所作出的贡献。
诺奖委员会指出，两位科学家为合成分子提供了一种巧妙的工具，可以利用这种不同于传统的全新的工具来创造新的有机分子，他们的工作对药物研究产生了巨大影响，并使化学更加符合绿色发展的趋势。
诺贝尔化学奖曾一度被戏称为“理科综合奖”，因它奖励过化学与生物、物理等交叉领域的成果。“这次的诺贝尔化学奖和以往相比，可以说是更纯粹的诺贝尔化学奖。”浙江大学有机与药物化学研究所所长陆展说，“这次诺奖回归传统化学，对我们化学领域的科研工作者来说是极大的激励。”
图源：诺贝尔奖官网
工业制造中往往会涉及一系列繁复的化学反应，为了提高生产效率，我们往往会采用“催化”来提高转化效率、减少工业废物，而催化剂是反应进行的导火索和助推器。正因为这些催化剂，人们才可以生产出例如药品、塑料、香水等等日常生活所需的数千种不同物质。事实上，据估计，全球 GDP 总量的 35% 都以某种方式与化学催化有关。
陆展告诉记者，不对称催化往往可以分为不对称金属催化、不对称酶催化以及不对称有机催化。事实上，早在2001年，三位科学家凭借“手性催化氢化及氧化反应”而获得诺贝尔化学奖。三年前，又有三位科学家凭借“酶的定向演化以及用于多肽和抗体的噬菌体展示技术”也获得了诺贝尔化学奖。可以说，这次本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦的获奖也是在“情理之中”。
2000年，戴维·麦克米伦在思考金属不对称催化难以进行工业应用的问题时，他发现那些敏感金属使用起来实在是太麻烦、太贵了。于是，他选择了结构简单，且廉价易设计的有机分子，在测试中，他发现有机分子发挥了优秀的催化作用，其中一些有机分子在不对称催化方面也表现出色。为了研究方便，戴维·麦克米伦用“有机催化（organocatalysis）”这一术语来描述该方法。
图源：诺贝尔奖官网
另一位诺奖得主本亚明·利斯特在研究催化抗体（catalytic antibodies）期间开始思考酶的实际工作原理。在没有任何预期的情况下，他测试了脯氨酸是否可以催化羟醛反应，这个简单尝试的结果出乎意料的好。通过实验，本亚明·利斯特不仅证明脯氨酸是一种有效的催化剂，而且证明这种氨基酸可以驱动不对称催化。2000 年 2 月，他发表了这一发现，并将有机分子参与的不对称催化描述为一个充满机会的新概念：“对这些催化剂的设计和筛选是我们未来的目标之一”。
图源：诺贝尔奖官网
有机催化剂使用的迅速扩大主要是由于其驱动不对称催化的能力。当分子形成时，通常会出现两种不同的分子形成的情况，就像人体的左右手一样，互为镜像。然而在工业生产，特别是药物生产时，通常只需要其中的一种，仅“左手”或者“右手”。不对称有机催化中的“不对称”意味着可识别，也就是能够识别“左手”或者“右手”，即选择需要的分子情况；而“有机催化”则意味着有机分子成为了催化剂，利用有机分子有选择地对分子进行催化反应。
那么，不对称有机催化有何独特之处呢？陆展解释道，在药物分子合成的过程中，以往会使用高效的不对称金属催化，尽管作为催化剂的金属用量很少，但仍存在一定的贵金属残留，为此，药厂往往还需要花高额代价对药物进行提纯。而采用有机催化时，不含有金属，也就不存在这一问题。因此，区别于金属和酶催化，有机催化具有低毒，对人体和环境友好的特性。“除此自外，有机催化还有使用、存储及放大的技术难度较低，且可依据催化机理将反应的普适类型做迭代设计，具有较高的可预测性等优势。当然，它在催化活性和工作效率方面还有提升的空间。”陆展说。
揭晓现场，诺贝尔化学委员会主席约翰·奥克维斯特说:“催化的概念既简单又巧妙，事实上，许多人都想知道为什么我们没有更早地想到它。”其实，催化一直都在，巧妙地改变着我们的生活，正如科学家们探索的步伐，将一个个“催化反应”为己所用，“催化”着科学技术不断向前。
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