本亞明·利斯特 大衛·麥克米倫

　　2021年的諾貝爾化學獎，終於頒給了化學家！快被學界戲稱為“諾貝爾理綜獎”的諾獎化學獎，於10月6日下午正式開獎。化學家本亞明·利斯特和大衛·麥克米倫因為發展了不對稱有機催化而獲獎。“不對稱有機催化”對於絕大多數人來說是個陌生的概念，實際上，它在我們的生活中早就應用得相當徹底。如藥物中大大降低的不良反應，就有不對稱有機催化的功勞。吃一片藥會頭暈老半天，未來這些“副作用”或將大大減少。

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　　“催化劑”在我們的生活中無處不在

　　催化劑聽起來似乎有點陌生，但實際上與我們的生活並不遙遠，例如我們日常使用的電池、或者汽車的尾氣排放，都有催化劑的存在。催化劑可以將廢氣中的有毒物質轉化為無害分子。

　　更加貼近我們人類的催化反應，其實每分每秒都在我們身體裏發生，我們吃進去的食物都是在各種各樣的酶的幫助下轉化成為能量或構建我們身體的“結構元件”。

　　因此，催化劑是化學家，乃至各個領域科學家的基本工具，但研究人員長期以來認為，原則上隻有兩種催化劑可用：金屬和酶。利斯特和麥克米倫則另辟蹊徑，在2000年獨立開發了第三種催化劑——建立在小有機分子上的不對稱有機催化。南京大學化學化工學院朱少林教授介紹，金屬催化和酶催化，這兩個領域都得到過諾獎，尤其在金屬催化方麵得獎較多。

　　利斯特和麥克米倫被授予2021年諾貝爾化學獎的原因是，他們各自獨立地開發了第三類催化劑，即“有機催化”。“他們將有機催化這個領域概念化之後，實際上形成了酶催化、金屬催化、有機催化三足鼎立的局麵，有機催化的概念化以驚人的速度驅動著不對稱催化領域的發展。”朱少林說。

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　　“不對稱有機催化”此前就有較高獲獎呼聲

　　1998年左右，麥克米倫發現了金屬不對稱催化由於反應條件複雜，部分金屬和配體過於昂貴，難以工業應用的問題，他下決心找到更簡單的催化劑。比如結構簡單的有機分子，它們更廉價、更容易進行設計。麥克米倫嚐試了胺活化的方式，他設計合成了多種手性有機胺分子來活化不飽和醛、酮，通過形成亞胺正離子中間體，實現了多種類型的不對稱催化轉化。

　　朱少林介紹，2000年初，麥克米倫提出了“有機催化”這個新名詞後，歸納了其中的原理，將其應用到不對稱催化中，引領該領域“火”了10多年，發展出了非常多的不對稱有機催化反應，“最多的時候全世界有一百多個做合成的課題組進入到這個領域”，由於反應模式的限製，不對稱有機催化後期的發展遇到了一些瓶頸，其後研究熱度稍有消退。

　　但從2005年起，該領域獲獎的呼聲一直很高。兩位科學家也繼續引領該領域的發展，他們證明了有機催化劑可用於驅動多種化學反應。利用這些反應，研究人員現在可以更有效地去構建任何東西，從新藥物到可以在太陽能電池中捕獲光的分子。通過這種方式，有機催化劑正在為人類帶來更大的益處。

　　最“親民”的應用

　　它是降低藥物副作用的“大功臣”

　　吃藥會“頭暈”，有時是“手性分子”在“搗鬼”

　　我國知名抗腫瘤藥物科學家、彩神尤啟冬教授告訴記者，如果沒有“不對稱有機催化”，因為手性藥物帶來的不良反應或許會是幾倍的增加。科研人員研發新藥的速度也會受到影響。

　　介紹“不對稱有機催化”在製藥領域的應用之前，必須先帶讀者學習一個概念“手性”。人有左手和右手，兩隻手合在一起就像“鏡”和“像”的關係。化合物由於分子中基團的排列不同，也會產生“左手性”和“右手性”，這也是一種鏡和像的關係。人類的左手和右手無法完全重合，化合物的世界裏，“手性分子”和它的鏡像分子也並不完全是一模一樣。鏡和像不一樣的“手性分子”正是讓科研工作者們“頭疼”的“搗蛋源頭”。

　　“用蛋白質來舉個例子，蛋白質是由氨基酸組成的，這些氨基酸就帶有‘手性’。”尤啟冬打了個比方：氨基酸在形成蛋白質時會折疊成一個個“小口袋”，用來“兜住”不同的分子。看上去是同樣的“口袋”，但有的分子能完全裝進去，有的卻不能進入口袋。某種與疾病相關的靶標蛋白，如能夠完全裝入一個帶有手性的分子，便能產生很好的治療作用；然而，如果口袋“兜不住”該手性分子的鏡像分子，萬一和其他蛋白相結合，就可能“壞了大事”。

　　“不對稱有機催化”讓“搗蛋分子”徹底消停

　　“‘兜不住’的分子，結合了另外的蛋白，會產生意料之外的效果，有時是副作用，有時甚至是毒性。”尤啟冬舉例，20世紀60年代，科研工作者發現，一種鎮靜藥物沙利度胺可以減輕懷孕婦女的妊娠反應，但意外的是，這種藥物卻導致了大量的畸形嬰兒的出生，這就是藥物史上有名的“反應停”事件。後來，經過科研工作者的研究，他們發現沙利度胺這種藥物中，有一對稱為“R體”和“S 體”的手性鏡像分子。R體具有鎮靜作用，而S體是一種強力致畸劑。這裏的“S體”，便是大量畸形嬰兒產生的“罪魁禍首”。

　　如果能夠讓分子在合成時，隻產生我們想要的手性分子，可完全減少手性分子鏡像化合物產生的“副作用”，這就需要“不對稱有機催化”來起作用了。“有了不對稱有機催化，我們可以保留‘想要的部分’，這樣，可以大大降低藥物的不良反應，同時提高藥效。”尤啟冬介紹，單一手性化合物的合成是製藥業的重要工作，通過“不對稱有機催化”，科研人員可以在新藥的研發過程中減少因為手性分子帶來的副作用，讓藥物更加安全。

　　■延伸閱讀：

　　諾貝爾化學獎 為啥被戲稱為“理綜獎”

　　諾貝爾化學獎一度被認為是 “理綜獎”，獎勵過很多傳統的化學家，也獎勵了不少與化學交叉的工作。從2011年開始的10年裏，諾貝爾化學獎有4次頒給了生命科學研究，還有兩次給了主要用於生物學研究的超分辨率熒光顯微鏡和冷凍電鏡。

　　諾貝爾化學獎每年評選和頒發一次，其中有8年因故停發（1916年、1917年、1919年、1924年、1933年、1940-1942年）。截至2020年，諾貝爾化學獎共頒發112次，有185人獲獎。唯一一位“梅開二度”的科學家是弗雷德裏克·桑格，在1958年和1980年兩次獲獎。

　　南大教授跟著諾獎得主做過博士後

　　“導師為人風趣，科研眼光獨到”

　　記者從南京大學了解到，本次諾貝爾化學獎的兩位獲獎者本亞明·利斯特和大衛·麥克米倫都曾到訪過南大。

　　在2010年-2013年，南京大學化學化工學院朱少林教授赴美國普林斯頓大學攻讀博士後，麥克米倫還是他的導師。在朱少林的眼中，麥克米倫為人風趣，科研眼光獨到，總是在引領科研界的研究潮流，“他目前提出並引領的光催化自由基研究領域，也被認為很有希望獲得諾獎。”作為一名導師，他也能給學生多方麵的收獲，“他不僅僅給你一個課題，他會通過各種機會傳授學生各種能力，包括如何尋找研究亮點、如何尋找能產生重大影響的研究課題，日常學習中會給學生傳授關於寫作、製作PPT和演講的相關技巧，注重培養學生的溝通交流能力等等。”

　　南大化學化工學院程旭教授也與本次諾獎得主本亞明·利斯特有交集。2005年-2008年，他在德國馬克斯·普朗克煤炭研究所工作，接受過本亞明·利斯特的指導。程旭對本亞明·利斯特的印象是天才科學家，全部心思都在他感興趣的科學問題上，把握化學研究發展的趨勢，眼光非常前瞻，很多想法學生都有點“接不住”，“我剛到所裏的時候，他給我列了三個方向，包括酮催化氨基酸的去對稱化、脯氨酸催化、手性磷酸催化劑。”程旭說，利斯特不會給出特別具體的指導，而是在關鍵節點上才會討論，“後來我主要在他指引的手性磷酸催化劑方麵取得了進展。”

來源：2021年10月7日 揚子晚報A8版（整版新聞）

通訊員：薑晨  記者：楊甜子