每日科普|今年诺贝尔化学奖关注的领域，也是我国“长板”之一

来源：科技日报

10月6日，诺贝尔化学奖名单公布。本杰明·李斯特（Benjamin·List）和戴维·麦克米伦（David·MacMillan）因在 “发展不对称有机催化”方面作出的卓越贡献而获奖。

诺贝尔奖委员会官方网站直播截图

诺奖委员会评价，他俩的工作将人类构建分子的水平提升到了一个高度。

两位科学家做出的有机小分子不对称催化，简单、漂亮又精彩。

打破思维定势，定义新的催化领域

人们对催化的概念已经不陌生。催化剂，可以加速化学反应。此前，不对称反应催化剂的角色主要由金属和大分子的酶扮演。

在构建手性分子时，通常会形成两种彼此互为镜像结构的手性分子，但在实际应用中，往往只需要其中一种手性分子，这就需要不对称催化合成。

诺贝尔奖是青睐不对称催化领域的。2001年，诺贝尔化学奖就授予了不对称金属催化领域的“手性催化氢化及氧化反应”。

本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦则在2000年各自独立开发了一种全新而巧妙的分子构建工具——有机小分子催化剂。

酶是生物大分子化合物，有没有可能用比酶结构简单且不含金属的有机小分子实现不对称催化？本杰明·李斯特当时在美国Scripps研究所工作，他与合作者巴博斯（Barbas）和莱纳（Lerner）教授在研究抗体酶催化的过程中，试验了脯氨酸，证实了这一猜想；而麦克米伦则设计发展了手性二级胺催化剂，替代传统的金属催化体系，表现出优异的催化特性。

“他们的实验并不复杂，甚至可以说相当简单。”清华大学化学系教授罗三中表示，很多时候，创新需要先在思想和理念上获得突破。此前传统主流的催化剂就是金属和酶，鲜有人想到，分子本身也可以作为催化剂。“有机小分子，在某种程度上就是最小的酶。”罗三中说，“他们打破了一种思维定式，并定义和梳理了这个方向。”

中国科学院化学研究所研究员叶松告诉科技日报记者，在两人之前，其实有科研人员做过相关研究，更早期的一些文献中也零星有关于有机小分子催化的报道，比如早在20世纪70年代，就有人发现由脯氨酸催化的不对称羟醛反应。

“有机小分子催化的概念被正式提出后，这一领域发展迅速。”叶松说。有机小分子催化剂，相比于酶结构更为简单，合成更为容易；而相比于金属，其反应条件比较温和，通常在室温下就可以进行；而且环境友好，生物毒性小，底物兼容性和适应性强。

不过它也有缺点。有机小分子的催化效率有待进一步提高，跟酶相比，它需要的剂量更大，在工业化应用上还有待拓展。

我国与国际发展水平“齐头并进”，不过仍有难题待解

有机催化领域被开拓后，科研人员意识到，既然氨基可以做催化剂，那么其他带官能团的分子也可以做催化剂。罗三中课题组做的就是伯胺催化，在有机小分子催化领域，还有卡宾催化、手性磷酸催化、相转移催化、有机膦催化等不同方向。

在这一领域，还活跃着我国来自不同科研院所的课题组。

罗三中指出，目前我国在不对称催化方面的发展水平可以说和国外“齐头并进”。“我们也有不少课题组做出了高水平的工作，发表了漂亮的研究结果。”一些研究工作甚至早于两位获奖教授，比如史一安和杨丹教授分别独立发展的手性酮类小分子催化剂。

自两位诺奖得主最初两项重要工作的发布已经过去20多年，现在，大家要攻克的难关是什么？

“一是要提升催化效率，拓展应用范畴，发展更好的催化体系；二是做一些模式创新，比如将有机小分子催化和其他催化协同，赋予它新的活力；三是发展原创的新型有机小分子催化体系。”罗三中表示，该领域依然很有发展前景。不过，近几年来，有机小分子不对称催化的发展脚步确实有所迟缓，其在实际合成中的应用也亟待进一步拓展。“毕竟，领域里好解决的问题都被解决了，剩下的都是难啃的硬骨头。”

叶松也坦言，有机小分子不对称催化确实已经过了以前急速发展的阶段，但这个领域也是我国的“长板”之一，应该加强长板，巩固优势。“从将来的可应用性来讲，它很有潜力，有广阔的发展空间。”叶松说，诺贝尔化学奖颁给了纯化学领域的基础性研究，给了不对称催化，也是对他们这些从事化学基础研究人员的一种认可和鼓励。

“奖项的颁发，能让大家对有机小分子不对称催化燃起更多信心。”罗三中感慨，“当然，难题还在那里，需要我们科研人员继续努力。”（科技日报记者张盖伦）