美國科學(xué)家理查德·?？撕腿毡究茖W(xué)家根岸英一、鈴木彰因在“有機(jī)合成領(lǐng)域鈀催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)”上的杰出貢獻(xiàn)而獲得2010年度諾貝爾化學(xué)獎。

“鈀催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)”聽起來似乎過于專業(yè)，暫且讓我們溫習(xí)一下中學(xué)化學(xué)知識：比如根據(jù)鈉原子的核外電子排布圖，它的最外層有1個電子，非常容易失去這一個，變成Na⁺，從而達(dá)到“8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”；而氯原子最外層有7個電子，非常容易得到另外一個電子，變成Cl^-，同樣形成“8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”。于是，Na⁺與CI^-便輕易地結(jié)合成了氯化鈉。反觀碳原子，它的最外層不多不少有4個電子，無論是“拋棄”還是“搶奪”電子的“熱情”都不是很高，這使得碳原子與其他原子之間不太容易發(fā)生反應(yīng)，讓碳原子彼此之間親密接觸，即形成碳一碳鍵更是難上加難。

怎么讓這些懶洋洋的碳原子活躍起來，好將它們湊在一起?100多年前人們已經(jīng)想到辦法，法國科學(xué)家格林尼亞發(fā)明了一種試劑，利用鎂原子強(qiáng)行塞給碳原子兩個電子，使碳原子變得活潑起來。這是一項非常重要的成果，使格林尼亞獲得了1912年的諾貝爾化學(xué)獎，這類試劑也被統(tǒng)稱為“格氏試劑”。但是這樣的方法在合成復(fù)雜大分子的時候有很大局限：人們不能控制活躍的碳原子的行為，反應(yīng)會產(chǎn)生一些無用的副產(chǎn)物。在制造大分子的過程中，副產(chǎn)物生成得非常多，反應(yīng)效率低下。

用鈀作為催化劑可以解決這個問題。鈀原子就像“媒人”一樣，把不同的碳原子吸引到自己身邊，使碳原子之間的距離變得很近，容易結(jié)合，也就是“偶聯(lián)”，而鈀原子本身不參與結(jié)合。這樣的反應(yīng)不需要把碳原子激活到很活躍的程度，副產(chǎn)物比較少，更加精確而高效。

此次三位獲獎?wù)叩呢暙I(xiàn)在于，20世紀(jì)60年代末至70年代初，理查德·赫克研究出了后來被稱為“赫克反應(yīng)”的方法，利用烯烴類有機(jī)小分子在鈀催化作用下合成大分子；1977年，根岸英一用鋅原子將碳原子運送到鈀原子上，實現(xiàn)“根岸反應(yīng)”；兩年后，鈴木彰用硼元素取代鋅，實現(xiàn)類似的效果，并且毒性更低，適宜規(guī)?；a(chǎn)，這就是“鈴木反應(yīng)”。

科學(xué)家之所以癡迷于讓碳原子親密接觸，執(zhí)著于為碳原子牽線搭橋，那是因為，碳元素是地球生命的基礎(chǔ)；有機(jī)分子都有著碳原子搭成的“骨架”，因而碳原子之間的結(jié)合是有機(jī)化學(xué)合成的核心。憑借“鈀催化的交叉偶聯(lián)”這一神奇“利器”，化學(xué)家們能隨心所欲地復(fù)制甚至創(chuàng)造和自然本身一樣復(fù)雜的碳基分子。比如，科學(xué)家從一種深海海綿中發(fā)現(xiàn)一種抗癌物質(zhì)discodermolide，其對癌細(xì)胞的殺傷力比現(xiàn)時最常用的抗癌藥物之一紫杉醇高80倍，怎奈天然物質(zhì)十分罕見，幸好有了“鈀催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)”這一研究成果，現(xiàn)在科學(xué)家已能夠人工制造出discodermolide這種超級抗癌藥；科學(xué)家還可以利用這一反應(yīng)對現(xiàn)有藥物加以改造，比如讓現(xiàn)有的抗生素萬古霉素的分子可以殺滅未來出現(xiàn)的“超級細(xì)菌”；此外，利用這一反應(yīng)合成的一些有機(jī)材料能夠發(fā)光，可用于制造只有幾毫米厚、像塑料薄膜一樣的顯示器……

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球25％的合成藥品都是由前面提到的三種反應(yīng)中的一種實現(xiàn)的，由此可見，他們幾人的研究成果對制藥業(yè)乃至整個有機(jī)合成領(lǐng)域有重要及深遠(yuǎn)的影響。他們的獲獎實在是名至實歸、當(dāng)之無愧的。另外值得一提的是，最近的一項研究稱，將實現(xiàn)把鈀原子粘附到了石墨烯上用以催化“鈴木反應(yīng)”。看來，親密接觸起來的不僅是碳原子，還有今年的諾貝爾化學(xué)獎和物理獎。 (文章代碼：102106)

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