圖片來源于諾獎官網(wǎng)（下同）
北京時間今天傍晚，在推遲了約5分鐘后，2021年諾貝爾獎自然科學(xué)獎的最后一項，被稱作“理綜獎”的諾貝爾化學(xué)獎揭曉。德國科學(xué)家本杰明·利斯特（Benjamin List）和美國科學(xué)家大衛(wèi)·麥克米倫（David W.C. MacMillan）因在 “不對稱有機(jī)催化”作出的突出貢獻(xiàn)而獲獎。
大衛(wèi)·麥克米倫
本杰明·利斯特
諾貝爾化學(xué)獎一度被認(rèn)為是“理綜獎”——之前10年里，諾貝爾化學(xué)獎有4次頒給了生命科學(xué)研究，還有兩次給了主要用于生物學(xué)研究的超分辨率熒光顯微鏡和冷凍電鏡。此次獎勵有機(jī)小分子不對稱催化，被認(rèn)為是回歸到認(rèn)可傳統(tǒng)化學(xué)。
開發(fā)第三類催化劑
化學(xué)是一門創(chuàng)造物質(zhì)的科學(xué)，最重要的一環(huán)是創(chuàng)造分子。華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、世界頂尖科學(xué)家協(xié)會青科委員會委員姜雪峰告訴記者，創(chuàng)造分子的關(guān)鍵在催化上。“我們開門的時候需要一把鑰匙，催化劑就像這把鑰匙一樣?！?/p>
來復(fù)習(xí)一下催化劑的知識：催化劑可以控制、加速化學(xué)反應(yīng)，而不會成為最終產(chǎn)物的一部分。例如，汽車中的催化劑可以將尾氣中的有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害的分子。我們的身體中也包含了數(shù)千種催化劑——酶，它們可以幫助產(chǎn)生生命所必需的分子。
“長久以來，研究人員認(rèn)為催化劑只有兩大類：酶和金屬?！苯┓逭f。而本杰明·利斯特與大衛(wèi)·麥克米倫獲獎，是因為兩人在2000年提出和廣泛建立了第三類催化模式——他們發(fā)現(xiàn)有機(jī)小分子的催化更加仿生，利用生命體中的某一類手性氨基酸，可以催化涉及烯胺亞胺的眾多化學(xué)反應(yīng)，創(chuàng)造很多分子，并且這些分子以手性立體的方式建立起來——這種被稱為不對稱有機(jī)催化的新型催化模式自此蓬勃發(fā)展了起來。
這里又出現(xiàn)了一個新的概念：手性。手性特征，如同左手與右手的關(guān)系，可以鏡面重合卻無法在空間上完整重疊，天然的20個氨基酸中有19個具有手性特征。在兩位科學(xué)家之前，有機(jī)小分子不對稱催化盡管有零星的發(fā)展，但始終僅作為限定的化學(xué)反應(yīng)。
時間來到2000年，這一領(lǐng)域才由本杰明·利斯特和大衛(wèi)·麥克米倫的兩項重要突破塑造了雛形：前者與他的已故導(dǎo)師、著名合成化學(xué)家卡洛斯·巴爾巴斯發(fā)現(xiàn)了首例由有機(jī)小分子脯氨酸經(jīng)由烯胺中間體介導(dǎo)的不對稱Aldol反應(yīng)；后者發(fā)現(xiàn)了首例手性二級胺經(jīng)由亞胺正離子實現(xiàn)的不對稱Diels-Alder反應(yīng)?！耙驗橹Z貝爾獎不頒發(fā)給已故科學(xué)家。如果巴爾巴斯還在世的話，相信也能在今年諾貝爾化學(xué)獎的名單上。”
高效構(gòu)建藥物分子
再說回手性?；蛟S有人聽說過上世紀(jì)60年代西方的“反應(yīng)停事件”。當(dāng)時作為抗妊娠藥物被大力推廣的沙利度胺，實際上是手性分子——其中右手分子具有抑制妊娠反應(yīng)活性，而左手分子卻對胎兒有致畸性。另外，例如抗貧血藥、抗腫瘤輔助用藥亞葉酸鈣也是手性的一例典型——只有左亞葉酸鈣有藥理活性，而右亞葉酸鈣無活性，在體內(nèi)只能由腎臟緩慢消除。
“我們看到的很多事物，從幾何學(xué)來說，一類是對稱的，一類是不對稱的?！苯┓逭f，“‘手性’這個概念就很形象，就好比你的左手和右手永遠(yuǎn)不能重疊到一塊兒?！痹谟袡C(jī)催化中，當(dāng)分子構(gòu)建時，經(jīng)常會出現(xiàn)形成手性立體分子的情形，但化學(xué)家通常只會需要其中一種，尤其是在醫(yī)藥生產(chǎn)中會做出這種選擇?！皬谋臼兰o(jì)開始，有機(jī)催化劑就在飛速地發(fā)展。有賴于兩人的發(fā)現(xiàn)，后來者們可以更有效地生產(chǎn)出醫(yī)藥制造所需的分子，造福人類?！?/p>
在“有機(jī)催化”概念被建立后，科學(xué)家們也逐漸感受到了其“后來居上”的競爭力。諾貝爾化學(xué)獎委員會主席約翰·阿克維斯特也表示：“這種催化劑理念非常巧妙和簡單，許多人甚至覺得為什么沒有早點發(fā)現(xiàn)它。”具體而言，“有機(jī)小分子催化”一般而言對水、氧不敏感，使用、存儲及放大的技術(shù)難度較低；其核心骨架一般來源于天然存在的生源途徑，衍生應(yīng)用的成本較低；此外，小分子一般較為低毒，具有天然的環(huán)境友好屬性，分離難度及成本較低，特別滿足藥物化學(xué)家的使用需求。
“事實上，我國不少科學(xué)家也都師從今年的兩位諾貝爾化學(xué)獎得主。他們在歸國后，都沿著老師的路發(fā)揚光大，在手性分子領(lǐng)域同樣開展了不少開拓性研究工作?！苯┓甯嬖V記者。
回歸傳統(tǒng)化學(xué)
諾貝爾化學(xué)獎獎勵過很多傳統(tǒng)的化學(xué)家，也獎勵了不少與化學(xué)交叉的工作。此次授予有機(jī)小分子不對稱催化，也讓姜雪峰這樣在化學(xué)這一基礎(chǔ)學(xué)科中奮斗的科研工作者感受到了極大的激勵。
“兩位大師的得獎實至名歸。我也非常高興，因為諾貝爾化學(xué)獎回歸了化學(xué)的‘核心區(qū)’——構(gòu)建分子?！苯┓甯袊@。他同時表示，諾貝爾化學(xué)獎有時青睞材料、有時偏好生物，有時還投入醫(yī)學(xué)的懷抱，“這都沒什么問題”，說明化學(xué)在不斷進(jìn)步?！熬秃孟褚豢么髽湟粯樱挥懈畹俟?，才有可能枝繁葉茂。讓上面的更多的‘枝芽’伸展到不同的領(lǐng)域展現(xiàn)解決問題的能力，甚至是‘卡脖子’的問題?！?/p>
姜雪峰說，傳統(tǒng)化學(xué)與化學(xué)學(xué)科的延伸相輔相成。諾貝爾化學(xué)獎的“理綜”屬性也表明化學(xué)的學(xué)科寬廣性和在人類社會發(fā)展中的綜合性?！巴ㄟ^‘根莖’的突破，帶來‘枝芽’的繁茂，我想每一位有機(jī)化學(xué)人都會為此感到自豪。”
姜雪峰也透露，不對稱有機(jī)催化中，所需要催化劑的量還比較大。而在工業(yè)生產(chǎn)中，降低成本則需要控制催化劑的用量。對此，科學(xué)家們?nèi)栽诓粩嗯?，也希望基礎(chǔ)科學(xué)的突破與工業(yè)化生產(chǎn)間能擦出更亮的火花。
參考資料：https://wap.xinmin.cn/content/32039449.html
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