北京時間10月6日下午,瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣布,將2021年諾貝爾化學獎授予德國科學家本杰明·李斯特(Benjamin List)和出生于英國的科學家戴維·麥克米蘭(David W.C. MacMillan),以表彰他們“在不對稱有機催化的發展”方面的貢獻。他們將分享1000萬瑞典克朗(約合人民幣735萬元)的獎金。

 

專家分析指出,今年的諾貝爾化學獎是“名副其實的化學獎”,頒給了兩位純粹的化學家。而這兩位化學家的研究——不對稱有機催化,有助于更簡單、更高效、更綠色、更環保地合成新藥。


為什么頒給他們?


據諾貝爾獎網站消息,李斯特和麥克米蘭開發了一種新的、巧妙的分子建構工具——有機催化,其用途包括研究新藥物、幫助讓化學更環保等。


其解釋稱,許多研究領域和行業都依賴于化學家建構分子的能力,這些分子可以形成具有彈性、耐用的材料,將能量儲存在電池中,或抑制疾病的進展。而這項工作需要催化劑——也即控制和加速化學反應的物質,但其又不會成為最終產品的一部分??梢哉f,催化劑是化學家的基本工具。


許多分子以兩種變體存在,其中一種是另一種的鏡像,這些變體對身體產生完全不同的影響。例如,一種版本的檸檬烯分子具有檸檬味,而其鏡像變體則具有橙子味。圖源諾貝爾獎官方推特


長期以來,研究人員認為只有兩種催化劑可用——金屬和酶。但李斯特和麥克米蘭2000年相互獨立地開發了第三種催化劑——不對稱有機催化。


中科院大連化學物理研究所副研究員鄧列征在接受新京報記者采訪時指出,李斯特和麥克米蘭開發的不對稱有機催化,解決了手性有機物的高效合成問題。


“簡單地說,有機物里面存在手性分子,分為左手性和右手性。在有機合成里面,左手性分子和右手性分子通常是一起出現的,他們所要解決的問題是專一性問題,即只合成一種手性分子、且是高效的合成。而不對稱有機催化解決了這一問題?!编嚵姓鹘忉尫Q。


“不對稱有機催化使得有機化學反應朝著人們希望獲得的手性分子的方向發生。今年的兩位諾貝爾化學獎得主發明了一種方法,使得這個催化反應的效率更加高效,比以前的方法快了7000倍”,鄧列征說,“換言之,這個方法更加簡單、更加高效、更加綠色、更加環?!?。


諾貝爾化學委員會主席Johan ?qvist 稱,“這個催化概念既簡單又巧妙,事實上很多人都想知道為什么我們沒有早點想到它?!?/p>


這項研究主要應用是什么?


本杰明·李斯特1968年出生于德國法蘭克福,目前在德國魯爾河畔米爾海姆的馬克斯普朗克煤炭研究所工作。


李斯特和妻子。圖源諾貝爾獎官方推特


戴維·麥克米蘭1968年出生于英國蘇格蘭,目前是美國普林斯頓大學化學教授。2010年至2015年,他曾擔任普林斯頓大學化學系主任。


戴維·麥克米蘭。視頻截圖


諾貝爾獎官網介紹稱,自 2000 年以來,有機催化以驚人的速度發展。但李斯特、麥克米蘭無疑是該領域的領導者,他們證實了有機催化可用于驅動多種化學反應。


利用這些反應,研究人員可以更有效地構建任何東西,包括新藥物、可以在太陽能電池中捕獲光的分子等。通過這種方式,有機催化正在為人類帶來最大的好處。


“不對稱有機催化主要用在藥物合成方面?!编嚵姓鹘忉尫Q,藥物都是有手性的,而有效的藥物通常都是左手性分子,右手性分子則是有害的。然而,過去的藥物合成里面,左手性分子和右手性分子是一起出現的,不對稱有機催化則解決了這個專一性問題,只合成出研究人員想要的左手性分子,不需要的右手性分子就不會生成。


北京化工大學材料科學與工程學院教授丁雪佳對新京報記者指出,在構建分子時,經常會出現兩種不同的分子可以形成的情況,就像我們的手一樣,它們是彼此的鏡像?;瘜W家通常只需要其中一種,尤其是在生產藥品時,可以相對簡單地制造大量不同的不對稱分子,簡化現有藥品的生產,如用于治療抑郁和焦慮的帕羅西汀等。


除此之外,不對稱有機催化對于今后人工合成蛋白質也有著重大的潛在應用。鄧列征稱,最近大家都在關注人工合成淀粉的消息,而高效的不對稱有機催化方法的發展對人工合成蛋白質有重大的意義。


“蛋白質及組成蛋白質的氨基酸都是有手性的,要高效大規模地人工合成蛋白質,首先就需要高效大規模地合成手性的氨基酸,而今年諾貝爾化學獎得主發現的這個不對稱有機催化反應的方法意義重大”。


諾貝爾化學獎不再是“理綜獎”?


“今年諾貝爾化學獎最大的特點是,回歸到了純粹的化學,是名副其實的諾貝爾化學獎?!编嚵姓髡f道。


諾貝爾化學獎一直以來爭議不斷,許多化學家認為諾貝爾化學獎經常頒給“非化學家”,逐漸成了“理科綜合獎”。


此前幾十年間,生物化學、分子生物學、物理化學、生物物理甚至材料科學等領域的科學家都曾獲得諾貝爾化學獎。據統計,2012年之前的十年間,只有4個獎項是授予嚴格意義上的化學研究。


有分析指出,在諾貝爾獎初設期,生物學還處于起步階段,因此當時并未設立這一獎項。而化學領域跨度較大,形成許多交叉學科,因此化學獎經常會頒發給其他研究方向的科學家。


但是,鄧列征稱,對于從事純粹化學研究的人——特別是有機化學研究的人來說,今年的諾貝爾化學獎是一個令人鼓舞和欣慰的獎項?!八K于回歸本源,頒給了純粹的化學家——不對稱有機催化就是典型的化學問題”。


丁雪佳也認可這一點。他表示,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?!按舜为剟钣袡C小分子不對稱催化,某種程度上是回歸到認可傳統化學”。


諾貝爾化學獎小知識


自1901年至2020年,諾貝爾化學獎共頒發了112次,獲獎者共186位。由于英國生物化學家弗雷德里克·桑格在1958年和1980年兩次獲得諾貝爾化學獎,因此實際獲獎人數為185人。

 

最年輕的諾貝爾化學獎得主是讓·弗雷德里克·約里奧-居里,1935年他獲獎時年僅35歲。最年長的諾貝爾化學獎得主是約翰·古迪納夫,2019年他獲獎時已97歲。截至2020年,共有7位女性獲得諾貝爾化學獎。


除弗雷德里克·桑格兩次獲得諾貝爾化學獎外,還有2位諾貝爾化學獎得主獲得過其他諾貝爾獎項。包括瑪麗·居里——她1903年獲諾貝爾物理獎、1911年獲諾貝爾化學獎,萊納斯·鮑林——他1954年獲諾貝爾化學獎、1961年獲諾貝爾和平獎,萊納斯·鮑林也是唯一一位兩次都是單人獲獎的獲獎者。


2020年諾貝爾化學獎被授予2位女性科學家,分別是來自法國的埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶和來自美國的詹妮弗·杜德納,以表彰她們“開發了一種基因組的編輯方法”。


新京報記者 謝蓮

見習編輯 劉茜賢 校對 李銘