2021諾貝爾化學(xué)獎揭曉：德美兩位科學(xué)家分享殊榮

▲10月6日，2021諾貝爾化學(xué)獎揭曉，來(lái)自德國和美國的兩位科學(xué)家分享此一殊榮。圖/看看新聞Knews相關(guān)視頻截圖

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)獎授予德國馬克斯·普朗克研究所的本亞明·利斯特（Benjamin List）和美國普林斯頓大學(xué)的戴維·麥克米倫（David WC MacMillan），“以表彰他們在不對稱(chēng)有機催化方面的貢獻”。

長(cháng)期以來(lái)，物質(zhì)的化學(xué)反應、分解、生成和合成等都需要酶作為催化劑，而傳統的催化劑則有金屬和酶，后者是一種蛋白質(zhì)，也稱(chēng)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(lèi)型的催化劑，被稱(chēng)為不對稱(chēng)有機催化劑，而且建立在有機小分子上，也稱(chēng)為小有機分子催化劑。由于這一貢獻，他們被授予2021年諾貝爾化學(xué)獎。

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)反應以產(chǎn)生新的物質(zhì)和材料。這首先依賴(lài)于化學(xué)家構建分子的能力，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?jì)Υ嬖陔姵刂谢蛑委熀鸵种萍膊〉陌l(fā)展。

構建不同的分子需要催化劑，后者是控制和加速化學(xué)反應的物質(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(shù)脂和塑料制品已經(jīng)成為人們日常生活中不可或缺的重要組成部分，這些產(chǎn)品都離不開(kāi)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)，塑料使用對人類(lèi)和生態(tài)的污染，又促使研究人員研發(fā)新的催化劑來(lái)降解塑料垃圾，以減少其對環(huán)境的危害。

有機催化劑的本質(zhì)是，有一個(gè)穩定的碳原子骨架，讓更活潑的化學(xué)基團，如常見(jiàn)的氧、氮、硫或磷等元素可以附著(zhù)在上面。由此讓這類(lèi)催化劑既環(huán)保又成本低廉。因為，小分子量的催化劑既具有低成本的優(yōu)勢，又有對環(huán)境更友好的優(yōu)點(diǎn)。

有機催化劑的特點(diǎn)是，它們能夠驅動(dòng)不對稱(chēng)催化，后者催化的合成反應也稱(chēng)不對稱(chēng)合成、手性合成、立體選擇性合成、對映選擇性合成，而非對稱(chēng)反應可以借由手性催化劑從無(wú)到有地創(chuàng )造具有手性特征的目標分子。

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

一直以來(lái)，人們觀(guān)察世界時(shí)都會(huì )發(fā)現，很多物質(zhì)都是對稱(chēng)的，就像人體和人們的左右手。因此，化學(xué)家在構建物質(zhì)分子時(shí)，經(jīng)常會(huì )發(fā)現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，設計和生產(chǎn)新的藥物。

利斯特和麥克米倫經(jīng)過(guò)多年研究發(fā)現，不對稱(chēng)有機催化劑可用于驅動(dòng)多種化學(xué)反應。利用這些反應，研究人員現在可以更有效地構建任何東西，從新的藥物到可以在太陽(yáng)能電池中捕獲光的分子。通過(guò)這種方式，有機催化劑正在為人類(lèi)帶來(lái)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稱(chēng)醛醇反應，成為有機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，對烯醛的不對稱(chēng)共軛加成反應有非常好的催化活性。

今年諾貝爾化學(xué)獎的一個(gè)重要意義是，在表面上體現了化學(xué)獎的回歸，也即突破了“理綜”項目。多年來(lái)，諾貝爾化學(xué)獎的交叉化和“理綜化”，引起了化學(xué)界的一些不同聲音或批評，例如，把化學(xué)獎授予了一些既屬于醫學(xué)、生命科學(xué)，又屬于化學(xué)的研究。2015年的諾貝爾化學(xué)獎就是如此，授予了發(fā)現和闡明DNA修復機制的科學(xué)家。

DNA損傷修復機制對于生命的繁衍、預防和治療癌癥都非常重要。但這本應是生物醫學(xué)的內容，卻受到諾貝爾化學(xué)獎的青睞。而且，從1901年以來(lái)，諾貝爾化學(xué)獎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)家鼓勵年輕學(xué)子首選醫學(xué)、生命科學(xué)和生物化學(xué)研究，因為有1.5倍的機會(huì )獲得諾貝爾獎。

但是，這也引起了純粹化學(xué)家的微辭，認為不公平，尤其是對傳統的無(wú)機化學(xué)研究者來(lái)說(shuō)，更為不公。不過(guò)，今年的諾貝爾化學(xué)獎盡管在表面上體現為純化學(xué)科目，但本質(zhì)上可能還是一種綜合性的成果，表面上是有機化學(xué)，實(shí)際上還帶有生物化學(xué)的內容，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，今年的諾貝爾獎也明確顯示，只有那些既對人類(lèi)生活和生產(chǎn)有益，同時(shí)又對生態(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的青睞。

新京報特約撰稿人丨張田勘（專(zhuān)欄作家）