大楚网论坛（2021诺贝尔化学奖构建分子的大师）

大楚网论坛-本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：原原，原文标题：《2021诺奖 | 构建分子的大师》，头图来自：nobelprize.org

构建分子是一门困难的艺术，Benjamin List和David MacMillan因发展了一种精确的分子构建新工具——有机催化——而被授予2021年诺贝尔化学奖。这种工具对药物研究产生了巨大的影响，并使化学变得更加环保。

 Benjamin List（本亚明·利斯特）和David MacMillan（戴维·麦克米伦）因“在不对称有机催化方面的发展”被授予2021年诺贝尔化学奖。| 图片来源：nobelprize.org

一

许多研究领域和工业都依赖于化学家构建分子的能力，这些分子可以形成富有弹性且耐用的材料，能够在电池中用于储存能量或者抑制疾病的发展。而这样的工作需要催化剂。

催化剂是控制和加速化学反应的物质，但它们不会成为最终产物的一部分。比如汽车中的催化剂可以将废气中的有毒物质转化为无害分子；我们身体中也含有数以千计的催化剂，它们以酶形式存在，帮助我们构建生命所必需的分子。

因此，催化剂是化学家的基本工具。但长期以来，研究人员一直认为理论上只存在两种类型的催化剂：金属和酶。而List和MacMilan之所以能获得2021年诺贝尔化学奖，正是因为在2000年，他们各自独立地发展出了第三种催化剂——不对称有机催化剂，这是一类建立在小型的有机分子之上的催化剂。

有机催化剂具有稳定的碳原子架构，一些更活跃的化学基团可以附着在这个架构上。它们通常含有常见的元素，如氧、氮、硫或磷，这意味着这些催化剂既环保又便宜。

对有机催化剂的使用之所以能迅速扩张，主要原因是它们能驱动不对称催化剂。当分子形成时，通常会出现形成了两种不同的分子的情况，这两种分子就像我们的左右手一样，互为镜像。化学家们通常只需要其中的一种，尤其是在生产药物时。

 许多分子具有两种不同的变体，其中的一种是另一种的镜像，它们往往对身体有完全不同的影响。例如，一种版本的柠烯分子具有柠檬气味，而它的镜像版本闻起来则像橙子。| 图片来源：nobelprize.org

诺贝尔化学委员会主席Johan Åqvist说：“这种催化概念既简单又巧妙，事实上，许多人都想知道为什么我们没能更早一些想到它。”

二

Benjamin List研究的是催化抗体。通常情况下，抗体会附着在我们体内的外来病毒或细菌上，但是，来自斯克里普斯研究所的研究人员重新设计了抗体，让它们能够驱动化学反应。在List研究催化抗体的过程中，他开始思考酶是如何工作的。

当时，斯克里普斯研究所的一个研究小组正在研究这个问题，而List正在那里进行博士后研究。在那里，一个导致了今年诺贝尔化学奖的绝妙想法诞生了。List想知道，是否真的必须要有一整个酶来获得一个催化剂。他对一种名为脯氨酸的氨基酸进行了测试，看它是否能催化化学反应。结果表明，它能出色地完成催化工作。

 图片来源：Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

三

David MacMillan研究的是金属催化剂，这类催化剂很容易被水分破坏。于是，他想知道是否可以用简单的有机分子制造出一种更加耐用的催化剂。结果他证明不对称催化剂就是这方面的佼佼者。

 图片来源：Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

四

关于有机催化的用处，我们可以列举出成千上万的例子，但是为何在他们之前没有人提出这样一个简单、绿色又价格低廉的不对称催化概念呢？这个问题的答案有很多，其中之一便是——一个简单的想法往往是最难以想象的。

我们的观念往往被许多先入为主的想法影响，例如认为只有金属或酶才能驱动化学反应的这样想法。List和MacMillan成功地超越了这些先入之见，找到了一个巧妙的解决方案，化学家为了这样一个解决方案已经奋斗了几十年。

现在，利用有机催化剂驱动的大量化学反应，研究人员可以更有效地构建任何分子，从新的药物到可以用在太阳能电池中捕捉光的分子。通过这种方式，有机催化剂给人类带来了无限的益处。

参考来源：

https://www.nobelprize.org/

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