10月6日公布了2021諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。來自德國(guó)和美國(guó)的兩位科學(xué)家分享了這一榮譽(yù)。

2021年10月6日，瑞典皇家科學(xué)院決定將2021年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予德國(guó)馬克斯·普朗克研究所的本亞明·利斯特（Benjamin List）和美國(guó)普林斯頓大學(xué)的戴維·麥克米倫（David WC MacMillan），“以表彰他們?cè)诓粚?duì)稱有機(jī)催化方面的貢獻(xiàn)”。

長(zhǎng)期以來，物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)、分解、生成和合成等都需要酶作為催化劑，而傳統(tǒng)的催化劑則有金屬和酶，后者是一種蛋白質(zhì)，也稱為生物催化劑。2000年，利斯特和麥克米倫又研發(fā)了第三種類型的催化劑，被稱為不對(duì)稱有機(jī)催化劑，而且建立在有機(jī)小分子上，也稱為小有機(jī)分子催化劑。由于這一貢獻(xiàn)，他們被授予2021年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

在人們的生活、生產(chǎn)和許多研究領(lǐng)域，都需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生新的物質(zhì)和材料。這首先依賴于化學(xué)家構(gòu)建分子的能力，以使分子可以形成各種材料和產(chǎn)品，如有彈性和耐用的材料，以便將能量?jī)?chǔ)存在電池中或治療和抑制疾病的發(fā)展。

構(gòu)建不同的分子需要催化劑，后者是控制和加速化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，但不會(huì)成為最終產(chǎn)品的一部分。例如，生產(chǎn)塑料和降解塑料都需要催化劑，人造樹脂和塑料制品已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾M成部分，這些產(chǎn)品都離不開龐大的聚烯烴工業(yè)和推動(dòng)聚烯烴工業(yè)跨越式發(fā)展的齊格勒-納塔（Ziegler-Natta）催化劑。同時(shí)，塑料使用對(duì)人類和生態(tài)的污染，又促使研究人員研發(fā)新的催化劑來降解塑料垃圾，以減少其對(duì)環(huán)境的危害。

有機(jī)催化劑的本質(zhì)是，有一個(gè)穩(wěn)定的碳原子骨架，讓更活潑的化學(xué)基團(tuán)，如常見的氧、氮、硫或磷等元素可以附著在上面。由此讓這類催化劑既環(huán)保又成本低廉。因?yàn)?，小分子量的催化劑既具有低成本的?yōu)勢(shì)，又有對(duì)環(huán)境更友好的優(yōu)點(diǎn)。

有機(jī)催化劑的特點(diǎn)是，它們能夠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱催化，后者催化的合成反應(yīng)也稱不對(duì)稱合成、手性合成、立體選擇性合成、對(duì)映選擇性合成，而非對(duì)稱反應(yīng)可以借由手性催化劑從無到有地創(chuàng)造具有手性特征的目標(biāo)分子。

10月6日，諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)發(fā)布本年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)科學(xué)家本亞明·利斯特（左）與戴維·麥克米倫官方畫像。圖/諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)

一直以來，人們觀察世界時(shí)都會(huì)發(fā)現(xiàn)，很多物質(zhì)都是對(duì)稱的，就像人體和人們的左右手。因此，化學(xué)家在構(gòu)建物質(zhì)分子時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)有兩種不同的鏡像分子，而且不同鏡像的分子功能有的相同，有的并不相同。實(shí)際上，化學(xué)家通常只需要其中一種分子就可以創(chuàng)造新的物質(zhì)，例如，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)新的藥物。

利斯特和麥克米倫經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)，不對(duì)稱有機(jī)催化劑可用于驅(qū)動(dòng)多種化學(xué)反應(yīng)。利用這些反應(yīng)，研究人員現(xiàn)在可以更有效地構(gòu)建任何東西，從新的藥物到可以在太陽能電池中捕獲光的分子。通過這種方式，有機(jī)催化劑正在為人類帶來最大的益處。

2000年，利斯特與同事研發(fā)了一種使用脯氨酸催化劑的不對(duì)稱醛醇反應(yīng)，成為有機(jī)催化這一重大研究領(lǐng)域的關(guān)鍵人物。而麥克米倫發(fā)明的麥克米倫催化劑可以很容易地從各種α-氨基酸中制備，對(duì)烯醛的不對(duì)稱共軛加成反應(yīng)有非常好的催化活性。

今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的一個(gè)重要意義是，在表面上體現(xiàn)了化學(xué)獎(jiǎng)的回歸，也即突破了“理綜”項(xiàng)目。多年來，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的交叉化和“理綜化”，引起了化學(xué)界的一些不同聲音或批評(píng)，例如，把化學(xué)獎(jiǎng)授予了一些既屬于醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)，又屬于化學(xué)的研究。2015年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)就是如此，授予了發(fā)現(xiàn)和闡明DNA修復(fù)機(jī)制的科學(xué)家。

DNA損傷修復(fù)機(jī)制對(duì)于生命的繁衍、預(yù)防和治療癌癥都非常重要。但這本應(yīng)是生物醫(yī)學(xué)的內(nèi)容，卻受到諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的青睞。而且，從1901年以來，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)幾近一半授予了生物化學(xué)的研究成果，以至于有些科學(xué)家鼓勵(lì)年輕學(xué)子首選醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)和生物化學(xué)研究，因?yàn)橛?.5倍的機(jī)會(huì)獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

但是，這也引起了純粹化學(xué)家的微辭，認(rèn)為不公平，尤其是對(duì)傳統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)研究者來說，更為不公。不過，今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)盡管在表面上體現(xiàn)為純化學(xué)科目，但本質(zhì)上可能還是一種綜合性的成果，表面上是有機(jī)化學(xué)，實(shí)際上還帶有生物化學(xué)的內(nèi)容，如脯氨酸催化劑和α-氨基酸制備的催化劑。

這也再一次證明，交叉學(xué)科有豐富的大礦，值得科學(xué)家去挖掘，而且可能產(chǎn)生更多更大的成果。

另一方面，今年的諾貝爾獎(jiǎng)也明確顯示，只有那些既對(duì)人類生活和生產(chǎn)有益，同時(shí)又對(duì)生態(tài)和環(huán)境友好的研究成果，才能造福于人，也有利于這個(gè)星球，因此能獲得諾貝爾獎(jiǎng)的青睞。

新京報(bào)特約撰稿人丨張?zhí)锟保▽谧骷遥?/p>

編輯丨遲道華

校對(duì)丨李銘