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◎ 科技日报记者 张梦然

北京时间2021年10月6日,诺贝尔奖委员会公布了化学奖的获奖名单,本杰明·李斯特(Benjamin·List)和戴维·麦克米伦(David·MacMillan)因为在“发展不对称有机催化” 方面作出的卓越贡献而获奖。

图源:诺贝尔奖委员会官方网站

构建分子是一门困难的艺术。本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦开发出一种精确的分子构建新工具——有机催化,这一工具对药物研究产生了巨大影响,并使化学学科更加“绿色”。

许多研究领域和行业都依赖于化学家构建分子的能力,这些分子可以形成弹性及耐用的材料,或者将能量储存在电池中,或者在医学领域实现抑制疾病的进展——以上这些工作都需要催化剂。

催化剂是控制和加速化学反应的物质,但不会成为最终产品的一部分。例如,汽车中的催化剂将废气中的有毒物质转化为无害分子;我们的身体也包含数以千计的酶形式的催化剂,它们可以分解出生命所必需的分子。

因此,催化剂被称为化学家的“基本工具”。 但长期以来研究人员认为,原则上只有两种催化剂可用:金属和酶。本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦此次被授予2021年诺贝尔化学奖,正是因为他们在2000年独立开发了第三种催化剂——不对称有机催化,建立在有机小分子的基础上。

酶由数百种氨基酸组成,但通常只有其中的几个参与化学反应。本杰明·李斯特测试了一种叫做脯氨酸的氨基酸是否能催化化学反应。结果,它工作得很出色。脯氨酸具有一个氮原子,其可在化学反应期间提供和容纳电子。图源:诺贝尔奖委员会官方网站

戴维·麦克米伦使用的金属催化剂很容易被潮气破坏,他因此开始怀疑是否有可能开发一种更耐用的催化剂。于是,他设计出一些可产生亚胺离子的简单分子,其中之一被证明在不对称催化方面表现出色。图源:诺贝尔奖委员会官方网站

诺贝尔化学奖委员会主席约翰·阿克维斯特表示:“这个催化概念既简单又巧妙,事实上很多人都想知道,为什么我们没有早点儿想到它。”

有机催化剂有一个稳定的碳原子框架,活性化学基团可以附着在碳原子上。有机催化剂通常由氧、氮、硫或磷等常见元素组成,这意味着这些催化剂既环保又廉价。

有机催化剂使用范围的迅速扩大,主要是由于它们能够驱动不对称催化。在构建分子时,经常会形成两种不同的分子,就像我们的手一样,它们是彼此的镜像。化学家通常只需要其中一种,尤其是在生产药品时。

许多分子以两种变体存在,其中一种是另一种的镜像。这些通常会在身体中产生完全不同的影响。例如,一种版本的柠檬烯分子具有柠檬香味,而其镜像则闻起来像橙子。图源:诺贝尔奖委员会官方网站

自2000年以来,有机催化以惊人的速度发展。本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦迄今仍然是该领域的领导者,他们已经证明有机催化剂可用于驱动多种化学反应。

利用这些反应,研究人员现在可以更有效地构建很多东西,从新药物到可以在太阳能电池中捕获光的分子。可以说,通过这种方式,有机催化剂正在为人类带来最大的利益。

获奖者简介

诺贝尔奖委员会官方网站直播截图

本杰明·李斯特,1968年出生于德国法兰克福,1997年毕业于德国法兰克福大学。现为德国马克斯·普朗克煤炭研究所所长。

戴维·麦克米伦,1968年出生于英国贝尔斯希尔,1996年毕业于美国加州大学欧文分校。现为美国普林斯顿大学教授。

来源:科技日报

编辑:黄磊

审核:朱丽

终审:刘海英

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