诺贝尔化学奖成效讲解:让搭建分子结构产生颠覆性转变 的恰当专用工具

科谱：让搭建分子结构产生颠覆性转变 的恰当专用工具——2021年诺贝尔化学奖成效讲解

北京市10月6日电(新闻记者张莹)从太阳能电池板到轻巧运动鞋，再到医治各类病症的药品，很多工业品取决于科学家生成的工作能力。殊不知要让人眼不看得见的成分按人们需要的方法生成新分子结构并非易事。2021年诺贝尔化学奖获得者本亚明·利斯特和杰弗里·麦克米伦的功绩是，分别单独开发设计出一种分子结构搭建专用工具——不一样有机化学催化反应，它普遍用以新药研发，并使有机合成越来越更“翠绿色”。

金属催化剂是人工合成的一个主要专用工具，它自身不参加化学变化，但能够更改化学反应速率，大幅度提高生成高效率。十九世纪的科学家已发觉催化反应状况。1835年，德国著名化学家小熊塞柳斯(也译者贝采里乌斯)最先强调，有一种新的“能量”能够“造成有机化学主题活动”，并例举一些有机物的出现就可以推动化学变化，这类情况便是“催化反应”。

自此，金属催化剂的广泛运用产生有机合成工业生产迅猛发展。在催化的幫助下，人们能够比较容易地得到药物、塑胶、淡香水等日常生活所需品。据统计，现阶段全世界约35%的国內国民生产总值(GDP)涉及到有机化学催化反应。

殊不知直至2000年，普遍采用的金属催化剂仅有金属材料和酶两类。在其中催化剂载体难以用以大中型工业化生产，由于他们对O2和水比较敏感，而大中型工业化生产中无法造就无氧运动没有水的自然环境。除此之外很多催化剂载体是重金属超标，对自然环境有危害。

另一类金属催化剂酶是蛋白。生物内的酶不计其数，他们推动性命所必要的反映。很多酶或是不一样催化反应“权威专家”，可生成手性分子。手性分子就是指与其说镜像系统分子结构不可以相互之间重叠的、具备一定构像的分子结构。一样的有机化学成分能够转化成相互之间镜像系统的手性分子，其特点很有可能有较大差别。科学家一般只需用在其中一种，尤其是生产制造药物时，另一种手性分子很有可能做为残渣渗入，这就必须 不一样催化反应来调节反映。

上世纪90年代，开发设计新式酶金属催化剂变成 受欢迎行业，利斯特的作业便是此后逐渐的。在科学研究抗体酶时，利斯特逐渐“跳出来小盒子”思索酶到底怎样工作中。酶一般是由数以百计碳水化合物组合而成的较大分子结构，很多酶还带有很有可能具备催化反应的金属材料成分，殊不知很多酶催化反应的反映并不一定这种金属材料成分参加，只是由酶分子结构中一个或好多个碳水化合物推动。他提到的情况是：碳水化合物务必做为酶的一部分才可以充分发挥催化反应吗？一个独立的碳水化合物或相近的简易分子结构，能做相同的作业吗？

利斯特检测了用缬氨酸催化反应羟醛反映的实际效果。以前曾有科研工作人员检测过缬氨酸的催化剂实际效果，但探究沒有维持下来，因此利斯特最初沒有抱很大期待。殊不知出乎意料的是，缬氨酸马上起功效了！利斯特不但证实它是一种高效率金属催化剂，并且还能推动不一样催化反应。在二种很有可能的手性分子物质中，运用缬氨酸催化反应能够使在其中一种占核心。

与金属材料和酶对比，缬氨酸是一种简易、划算、环境保护的分子结构，因而变成 科学家朝思暮想的催化反应专用工具。“这类金属催化剂的制定和挑选是人们将来的目的之一。”在2000年发布此项新成效时，利斯特将有机化合物推动的不一样催化反应叙述为一个充斥着潜能的新理念。

麦克米伦也在朝一样的角度勤奋。他曾专注于运用金属材料改进不一样催化反应，殊不知由于金属材料用以工业化生产的局限，最后转为设计方案有机化学金属催化剂。有机化合物一般有一个比较稳定的氧原子框架，上边粘附带有氧、氮、硫、磷等因素的有机化学官能团。麦克米伦分辨，能产生亚胺正离子的有机化合物具备催化反应工作能力，由于亚胺正离子带有的氮原子对电子器件有极强的中和作用。他由此挑选了几类有机分子，并检测他们推动狄尔斯-阿尔德反映的工作能力。結果如他意料，一些有机分子不但合理推动反映，在不一样催化反应层面也很优异，在二种很有可能的手性分子物质中，在其中一种能占物质的90%之上。

麦克米伦意识到用有机化学小分子水催化反应是一种能够推广方法，必须 找一个专业术语来叙述。2000年，他在此项成就的有关论文引言上说：“在这里，大家讲解了一种‘有机化学催化反应’新策略，大家期待它能用以一系列不一样转换。”

2000年至今，有机化学金属催化剂的发展趋势媲美“淘金热”，而利斯特和麦克米伦维持领先水平。她们制定了很多低价而平稳的有机化学金属催化剂，可用来推动各种各样不一样催化反应速度，还能够用以级联反应，使化学工业生产制造中的好几个反映流程持续实行，降低正中间物质消耗，大幅度提高反映高效率。

不一样有机化学催化反应的快速发展对药品生成造成巨大危害。在不一样催化反应广泛运用以前，很多生成药品中包括二种相互之间镜像系统的手性分子，在其中一种具备活力，而另一种是残渣，有时候会产生副作用。一个毁灭性的案例是，抗早孕反应药品沙利度胺因渗入手性分子残渣，而在上世纪中期导致不计其数人们试管胚胎发育不全。而如今运用有机化学金属催化剂就可以简便地获得手性分子。制药企业也运用有机化学金属催化剂简单化目前药物生产工艺流程，比如医治焦虑和抑郁的帕罗西汀和医治上呼吸道感染的抗病毒的药磷酸奥司他韦等。