諾獎授予的這一領域，我國與國際發展“齊頭并進”

文／張蓋倫

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

諾獎委員會評價，他倆的工作將人類構建分子的水平提升到了一個高度。

兩位科學家做出的有機小分子不對稱催化，簡單、漂亮又精彩。

打破思維定式，定義新的催化領域

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

在構建手性分子時，通常會形成兩種彼此互為鏡像結構的手性分子，但在實際應用中，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域的。2001年，諾貝爾化學獎就授予了不對稱金屬催化領域的“手性催化氫化及氧化反應”。

本杰明·李斯特和戴維·麥克米倫則在2000年各自獨立開發了一種全新而巧妙的分子構建工具——有機小分子催化劑。

酶是生物大分子化合物，有沒有可能用比酶結構簡單、且不含金屬的有機小分子實現不對稱催化？本杰明·李斯特當時在美國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，試驗了脯氨酸，證實了這一猜想；而麥克米倫則設計發展了手性二級胺催化劑，替代傳統的金屬催化體系，表現出優異的催化特性。

“他們的實驗并不復雜，甚至可以說相當簡單。”清華大學化學系教授羅三中表示，很多時候，創新需要先在思想和理念上獲得突破。此前傳統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。“有機小分子，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。”

中國科學院化學研究所研究員葉松告訴記者，在兩人之前，其實有科研人員做過相關研究，更早期的一些文獻中也零星有關于有機小分子催化的報道，比如早在上世紀70年代，就有人發現由脯氨酸催化的不對稱羥醛反應。

“有機小分子催化的概念被正式提出后，這一領域發展迅速。”葉松說。有機小分子催化劑，相比于酶結構更為簡單，合成更為容易；而相比于金屬，其反應條件比較溫和，通常在室溫下就可以進行；而且環境友好，生物毒性小，底物兼容性和適應性強。

不過它也有缺點。有機小分子的催化效率有待進一步提高，跟酶相比，它需要的劑量更大，在工業化應用上還有待拓展。

我國與國際發展水平“齊頭并進”不過仍有難題待解

有機催化領域被開拓后，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，在有機小分子催化領域，還有卡賓催化、手性磷酸催化、相轉移催化、有機膦催化等不同方向。

在這一領域，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展水平可以說和國外“齊頭并進”。“我們也有不少課題組做出了高水平的工作，發表了漂亮的研究結果。”一些研究工作甚至早于兩位獲獎教授，比如史一安和楊丹教授分別獨立發展的手性酮類小分子催化劑。

自兩位諾獎得主最初兩項重要工作的發布已經過去20多年，現在，大家要攻克的難關是什么？

“一是要提升催化效率，拓展應用范疇，發展更好的催化體系；二是做一些模式創新，比如將有機小分子催化和其他催化協同，賦予它新的活力；三是發展原創的新型有機小分子催化體系。”羅三中表示，該領域依然很有發展前景。不過，近幾年來，有機小分子不對稱催化的發展腳步確實有所遲緩，其在實際合成中的應用也亟待進一步拓展。“畢竟，領域里好解決的問題都被解決了，剩下的都是難啃的硬骨頭。”

葉松也坦言，有機小分子不對稱催化確實已經過了以前急速發展的階段，但這個領域也是我國的“長板”之一，應該加強長板，鞏固優勢。“從將來的可應用性來講，它很有潛力，有廣闊發展的空間。”葉松說，諾貝爾化學獎頒給了純化學領域的基礎性研究，給了不對稱催化，也是對他們這些從事化學基礎研究人員的一種認可和鼓勵。

“獎項的頒發，能讓大家對有機小分子不對稱催化燃起更多信心。”羅三中感慨，“當然，難題還在那里，需要我們科研人員繼續努力。”