走近2021年诺贝尔化学奖——开启“不对称有机催化”大门

原标题：走近2021年诺贝尔化学奖——开启“不对称有机催化”大门

2021年诺贝尔化学奖得主本亚明·利斯特（左）和戴维·麦克米伦（右）。走近

从一双轻便跑鞋到治疗各种疾病的年诺药物，如今出现在我们身边的化学许多产品，大都依赖于化学合成。奖开然而，对称大门要想让肉眼不可见的有机化学成分按人类所需方式合成构建新的分子，并非易事。催化今年的走近诺贝尔化学奖，就授予了在这方面有所建树的年诺两位化学家——本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦，以表彰他们“在发展不对称有机催化中的化学贡献”。

催化剂本身不参与化学反应，奖开但能大幅提升在化学合成中的对称大门效率。1999年以前，有机人类广泛使用的催化催化剂仅有金属和酶两种。

到了2000年，走近利斯特与麦克米伦各自发展出建立在有机小分子基础上的第三种催化剂类型，即“不对称有机催化”。这种催化剂不仅催化速度快，且性价比高、更为环保。

这项革命性技术是如何被两位科学家不约而同挖掘出来的呢？

生物学告诉我们，生物体内都有成千上万种不同的酶，它们驱动着生命所必需的化学反应。酶本身是种蛋白质，而蛋白质是由各种氨基酸按一定排序组成的。20世纪90年代，利斯特在研究催化抗体过程中，便开始思考酶的催化原理。

酶一般是由数百个氨基酸组成的巨大分子，许多酶还含有可能具有催化作用的金属组分。然而，大量酶催化的反应并不需要这些金属组分参与，而是由酶分子中一个或几个氨基酸驱动。利斯特测试了一种叫作脯氨酸的氨基酸，看它是否能催化化学反应。结果发现，脯氨酸是一种高效催化剂，且能驱动不对称有机催化。

“这类催化剂的设计和筛选，是我们未来的目标之一。”在2000年发布这项新成果时，利斯特将这种不对称有机催化，描述为一个充满潜力的新概念。

与此同时，麦克米伦也在朝同样的方向努力。按照当时已知的结论，有机物通常有一个稳定的碳原子骨架，上面附着含有氧、氮、硫、磷等元素的化学基团。麦克米伦判断，能形成亚胺离子的有机物具有催化能力。因为亚胺离子含有的氮原子，对电子有较强的亲和性。麦克米伦据此选择了几种有机分子进行测试，结果如他预料，一些有机分子能有效驱动反应，在不对称有机催化方面也很出色。

麦克米伦意识到，用有机小分子催化是一种可推广的方法。2000年，他在这项成果的相关论文引言中说：“在此，我们介绍了一种‘有机催化’新策略，我们希望它能用于一系列不对称转化。”

2000年以来，有机催化剂的发展堪比“淘金热”，而利斯特和麦克米伦始终在这一领域保持领先地位。他们设计了大量廉价而稳定的有机催化剂，用于驱动各种不对称催化反应，有效减少了中间产物浪费，大幅提升了反应效率。

如今，得益于有机催化剂的不断发展，化学合成变得更加绿色环保，在新药生产、太阳能电池制造等领域，有机催化剂也让越来越多的人享受其带来的“红利”。（■胡 楠 董孜伟 王峥琦）

本文地址：http://www.jiemengs.com/html/844f998512.html