文／張蓋倫

10月6日，諾貝爾化學(xué)獎名單公布。本杰明·李斯特（Benjamin·List）和戴維·麥克米倫（David·MacMillan）因在“發(fā)展不對稱有機(jī)催化”方面作出的卓越貢獻(xiàn)而獲獎。

諾獎委員會評價，他倆的工作將人類構(gòu)建分子的水平提升到了一個高度。

兩位科學(xué)家做出的有機(jī)小分子不對稱催化，簡單、漂亮又精彩。

打破思維定式，定義新的催化領(lǐng)域

人們對催化的概念已經(jīng)不陌生。催化劑，可以加速化學(xué)反應(yīng)。此前，不對稱反應(yīng)催化劑的角色主要由金屬和大分子的酶扮演。

在構(gòu)建手性分子時，通常會形成兩種彼此互為鏡像結(jié)構(gòu)的手性分子，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往只需要其中一種手性分子，這就需要不對稱催化合成。

諾貝爾獎是青睞不稱催化領(lǐng)域的。2001年，諾貝爾化學(xué)獎就授予了不對稱金屬催化領(lǐng)域的“手性催化氫化及氧化反應(yīng)”。

本杰明·李斯特和戴維·麥克米倫則在2000年各自獨(dú)立開發(fā)了一種全新而巧妙的分子構(gòu)建工具——有機(jī)小分子催化劑。

酶是生物大分子化合物，有沒有可能用比酶結(jié)構(gòu)簡單、且不含金屬的有機(jī)小分子實(shí)現(xiàn)不對稱催化？本杰明·李斯特當(dāng)時在美國Scripps研究所工作，他與合作者巴博斯（Barbas）和萊納（Lerner）教授在研究抗體酶催化的過程中，試驗(yàn)了脯氨酸，證實(shí)了這一猜想；而麥克米倫則設(shè)計發(fā)展了手性二級胺催化劑，替代傳統(tǒng)的金屬催化體系，表現(xiàn)出優(yōu)異的催化特性。

“他們的實(shí)驗(yàn)并不復(fù)雜，甚至可以說相當(dāng)簡單。”清華大學(xué)化學(xué)系教授羅三中表示，很多時候，創(chuàng)新需要先在思想和理念上獲得突破。此前傳統(tǒng)主流的催化劑就是金屬和酶，鮮有人想到，分子本身也可以作為催化劑?！坝袡C(jī)小分子，在某種程度上就是最小的酶。”羅三中說，“他們打破了一種思維定式，并定義和梳理了這個方向?！?/p>

中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員葉松告訴記者，在兩人之前，其實(shí)有科研人員做過相關(guān)研究，更早期的一些文獻(xiàn)中也零星有關(guān)于有機(jī)小分子催化的報道，比如早在上世紀(jì)70年代，就有人發(fā)現(xiàn)由脯氨酸催化的不對稱羥醛反應(yīng)。

“有機(jī)小分子催化的概念被正式提出后，這一領(lǐng)域發(fā)展迅速?！比~松說。有機(jī)小分子催化劑，相比于酶結(jié)構(gòu)更為簡單，合成更為容易；而相比于金屬，其反應(yīng)條件比較溫和，通常在室溫下就可以進(jìn)行；而且環(huán)境友好，生物毒性小，底物兼容性和適應(yīng)性強(qiáng)。

不過它也有缺點(diǎn)。有機(jī)小分子的催化效率有待進(jìn)一步提高，跟酶相比，它需要的劑量更大，在工業(yè)化應(yīng)用上還有待拓展。

我國與國際發(fā)展水平“齊頭并進(jìn)”不過仍有難題待解

有機(jī)催化領(lǐng)域被開拓后，科研人員意識到，既然氨基可以做催化劑，那么其他帶官能團(tuán)的分子也可以做催化劑。羅三中課題組做的就是伯胺催化，在有機(jī)小分子催化領(lǐng)域，還有卡賓催化、手性磷酸催化、相轉(zhuǎn)移催化、有機(jī)膦催化等不同方向。

在這一領(lǐng)域，還活躍著我國來自不同科研院所的課題組。

羅三中指出，目前我國在不對稱催化方面的發(fā)展水平可以說和國外“齊頭并進(jìn)”?！拔覀円灿胁簧僬n題組做出了高水平的工作，發(fā)表了漂亮的研究結(jié)果?！币恍┭芯抗ぷ魃踔猎缬趦晌猾@獎教授，比如史一安和楊丹教授分別獨(dú)立發(fā)展的手性酮類小分子催化劑。

自兩位諾獎得主最初兩項(xiàng)重要工作的發(fā)布已經(jīng)過去20多年，現(xiàn)在，大家要攻克的難關(guān)是什么？

“一是要提升催化效率，拓展應(yīng)用范疇，發(fā)展更好的催化體系；二是做一些模式創(chuàng)新，比如將有機(jī)小分子催化和其他催化協(xié)同，賦予它新的活力；三是發(fā)展原創(chuàng)的新型有機(jī)小分子催化體系?！绷_三中表示，該領(lǐng)域依然很有發(fā)展前景。不過，近幾年來，有機(jī)小分子不對稱催化的發(fā)展腳步確實(shí)有所遲緩，其在實(shí)際合成中的應(yīng)用也亟待進(jìn)一步拓展?！爱吘?，領(lǐng)域里好解決的問題都被解決了，剩下的都是難啃的硬骨頭?！?/p>

葉松也坦言，有機(jī)小分子不對稱催化確實(shí)已經(jīng)過了以前急速發(fā)展的階段，但這個領(lǐng)域也是我國的“長板”之一，應(yīng)該加強(qiáng)長板，鞏固優(yōu)勢?！皬膶淼目蓱?yīng)用性來講，它很有潛力，有廣闊發(fā)展的空間?！比~松說，諾貝爾化學(xué)獎頒給了純化學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究，給了不對稱催化，也是對他們這些從事化學(xué)基礎(chǔ)研究人員的一種認(rèn)可和鼓勵。

“獎項(xiàng)的頒發(fā)，能讓大家對有機(jī)小分子不對稱催化燃起更多信心?！绷_三中感慨，“當(dāng)然，難題還在那里，需要我們科研人員繼續(xù)努力?！?/p>