每日科普（pǔ）|今年諾貝爾化學獎關注的領域（yù），也是（shì）我國（guó）“長板”之一

來源（yuán）：科技日報

10月6日，諾貝爾化學（xué）獎名單公布（bù）。本傑明·李斯特（Benjamin·List）和戴維·麥克米倫（David·MacMillan）因在 “發展不對稱有機催化”方麵作出的卓越貢獻而獲獎。

諾（nuò）貝（bèi）爾獎委員會官方（fāng）網站直播截圖

諾獎委員會評價（jià），他倆的工作將人類構建分子（zǐ）的水平提升到了一個高度。

兩位科學家做出的有機小分子不（bú）對稱催化，簡單、漂亮又精彩。

打（dǎ）破思維定勢，定義新的催化領域

人們對催化的概念已經不陌生。催（cuī）化劑，可以加速化學反應（yīng）。此前，不對稱反應催化（huà）劑的角色主要由金屬（shǔ）和大（dà）分子的酶扮演。

在構建手性分子時，通常會形成兩種彼此互為鏡像結構的（de）手性分子，但在實際（jì）應用中（zhōng），往往隻需要其中一種手性分子，這就需（xū）要（yào）不對稱催化合成。

諾貝爾獎（jiǎng）是青睞不（bú）對稱催化領域的（de）。2001年，諾貝爾化學獎（jiǎng）就授（shòu）予了不對稱（chēng）金屬催化領域的“手性（xìng）催化（huà）氫化及（jí）氧化反應”。

本傑明·李斯特和（hé）戴維·麥克米倫則在2000年各自獨立開發了一種全新而巧妙的分（fèn）子構建工具——有機小分子催化（huà）劑。

酶（méi）是（shì）生物大分（fèn）子化合物，有沒有可能用比酶結（jié）構簡單且不含金屬的有（yǒu）機小（xiǎo）分（fèn）子實現不對稱催化？本（běn）傑明·李斯特當（dāng）時在美國Scripps研究所工作（zuò），他與合（hé）作者巴博斯（Barbas）和萊納（Lerner）教授在研究抗體酶催化的過程中，試驗了脯氨酸，證實了這一猜想；而（ér）麥克米倫則設計發展了手（shǒu）性二級胺催化劑，替代傳統的金屬催化體（tǐ）係，表現出優異的（de）催化特性。

“他們的（de）實驗並（bìng）不複雜，甚至可以說相當簡單。”清華（huá）大學（xué）化學係教（jiāo）授（shòu）羅三中（zhōng）表示，很多時候，創新需要先在（zài）思想和理念上獲得突破。此前傳統主流（liú）的催化劑就（jiù）是金屬和酶，鮮有人想到，分子本身也可以作為催化劑。“有（yǒu）機小分子，在某種程度（dù）上就是最小的酶。”羅三中說，“他們打破了一種思維定（dìng）式，並定（dìng）義和梳理了這個方向。”

中國科學院化學研究所（suǒ）研究員葉鬆告訴科技日報記者，在兩人之（zhī）前，其實有科研人員做過相關研究，更早期的一些文獻中也零星有關於有機小分子催化的報道，比如早在（zài）20世紀（jì）70年代，就有人發現由脯氨酸催化的不對稱羥醛反應。

“有機小分子催化的概念被正式提出（chū）後，這一領（lǐng）域發展迅速。”葉鬆（sōng）說。有機小分子催化劑，相比於酶結構更為簡單，合成更為容易；而（ér）相比於金屬，其反應條件比較溫和，通常在室溫下就可以進行（háng）；而且環境友好，生物毒性小，底物兼容性和適應性強。

不過它也有缺點。有機小分子的催化效率有待進一步提高，跟酶相比，它需要的劑量更大，在工業化應用上還有（yǒu）待拓展。

我國與國際發展水平“齊頭並進”，不過仍有難題待解

有機催化領域被（bèi）開（kāi）拓後，科研人員意識到，既然氨基可以做催化劑，那麽其（qí）他帶官能團的（de）分子也可以（yǐ）做催化劑。羅三中課（kè）題組做的就是伯胺催化，在有機小分子催化領域，還有卡賓催化、手性磷酸催化、相（xiàng）轉移催化、有（yǒu）機膦催化等不同方向。

在這一領域，還活躍著我國（guó）來自不同科研院所的課題組。

羅三中指出，目前我國在不對稱催化方麵的發展水平（píng）可以說和國外“齊（qí）頭並進”。“我們也有不少課題組做（zuò）出了高水平的工作，發（fā）表了漂亮（liàng）的研究結果。”一些研究工作甚（shèn）至早於兩位獲獎教授，比如史一安和（hé）楊丹教授分別獨立發展的手性酮（tóng）類小分子催化劑。

自兩（liǎng）位諾獎（jiǎng）得主最初兩項重要（yào）工作的發布已經過去20多年，現在，大家（jiā）要攻克的難關是什麽？

“一是要（yào）提升催化效率（lǜ），拓展應用範疇（chóu），發展更好的催化體係；二是做一些模式創新，比如將有機小分子催化和其他催化協同，賦予它新的活力；三是發展原創的（de）新型有機小分子（zǐ）催（cuī）化體係。”羅三中表示，該領域依然很有發展前景。不過，近幾年來，有機小分子（zǐ）不對稱催化的發展腳（jiǎo）步確實（shí）有所遲（chí）緩，其在實際合成中的應用也（yě）亟待進一步拓展。“畢竟，領域裏好解決的問題都被解決了，剩下（xià）的都是難啃的（de）硬骨頭。”

葉鬆也（yě）坦言，有機小分子不（bú）對稱（chēng）催化確實已經過了以（yǐ）前急速發展的階段，但這個領（lǐng）域也是我（wǒ）國（guó）的“長板”之一，應該加強長板，鞏固優勢。“從將來（lái）的可應用性來講（jiǎng），它很有潛力，有廣闊的發展空間。”葉鬆說，諾貝爾化學獎（jiǎng）頒給了純化學領域的基礎性研（yán）究（jiū），給了不對稱催化，也是對他（tā）們這些（xiē）從事化學（xué）基礎研究（jiū）人員的一種認可和鼓勵。

“獎項的頒發，能讓（ràng）大家對有機小分子（zǐ）不對稱催化燃起更多信心。”羅（luó）三中感慨，“當然，難題還在那裏，需要（yào）我們科研人員繼續努力。”（科技日報記者張蓋倫）