2021年10月06日 19:09
【科學快訊】
構建分子是一門困難的藝術，Benjamin List和David MacMillan因發展了一種精確的分子構建新工具——有機催化——而被授予2021年諾貝爾化學獎。這種工具對藥物研究產生了巨大的影響，並使化學變得更加環保。
Benjamin List（本亞明·利斯特）和David MacMillan（戴維·麥克米倫）因「在不對稱有機催化方面的發展」被授予2021年諾貝爾化學獎。| 圖片來源：nobelprize.org
許多研究領域和工業都依賴於化學家構建分子的能力，這些分子可以形成富有彈性且耐用的材料，能夠在電池中用於儲存能量或者抑制疾病的發展。而這樣的工作需要催化劑。
催化劑是控制和加速化學反應的物質，但它們不會成為最終產物的一部分。比如汽車中的催化劑可以將廢氣中的有毒物質轉化為無害分子；我們身體中也含有數以千計的催化劑，它們以酶形式存在，幫助我們構建生命所必需的分子。
因此，催化劑是化學家的基本工具。但長期以來，研究人員一直認為理論上只存在兩種類型的催化劑：金屬和酶。而List和MacMilan之所以能獲得2021年諾貝爾化學獎，正是因為在2000年，他們各自獨立地發展出了第三種催化劑——不對稱有機催化劑，這是一類建立在小型的有機分子之上的催化劑。
有機催化劑具有穩定的碳原子架構，一些更活躍的化學基團可以附著在這個架構上。它們通常含有常見的元素，如氧、氮、硫或磷，這意味著這些催化劑既環保又便宜。
對有機催化劑的使用之所以能迅速擴張，主要原因是它們能驅動不對稱催化劑。當分子形成時，通常會出現形成了兩種不同的分子的情況，這兩種分子就像我們的左右手一樣，互為鏡像。化學家們通常只需要其中的一種，尤其是在生產藥物時。
許多分子具有兩種不同的變體，其中的一種是另一種的鏡像，它們往往對身體有完全不同的影響。例如，一種版本的檸烯分子具有檸檬氣味，而它的鏡像版本聞起來則像橙子。| 圖片來源：nobelprize.org
諾貝爾化學委員會主席Johan Åqvist說：「這種催化概念既簡單又巧妙，事實上，許多人都想知道為什麼我們沒能更早一些想到它。」
Benjamin List研究的是催化抗體。通常情況下，抗體會附著在我們體內的外來病毒或細菌上，但是，來自斯克裏普斯研究所的研究人員重新設計了抗體，讓它們能夠驅動化學反應。在List研究催化抗體的過程中，他開始思考酶是如何工作的。
當時，斯克裏普斯研究所的一個研究小組正在研究這個問題，而List正在那裏進行博士後研究。在那裏，一個導致了今年諾貝爾化學獎的絕妙想法誕生了。List想知道，是否真的必須要有一整個酶來獲得一個催化劑。他對一種名為脯氨酸的氨基酸進行了測試，看它是否能催化化學反應。結果表明，它能出色地完成催化工作。
David MacMillan研究的是金屬催化劑，這類催化劑很容易被水分破壞。於是，他想知道是否可以用簡單的有機分子制造出一種更加耐用的催化劑。結果他證明不對稱催化劑就是這方面的佼佼者。
關於有機催化的用處，我們可以列舉出成千上萬的例子，但是為何在他們之前沒有人提出這樣一個簡單、綠色又價格低廉的不對稱催化概念呢？這個問題的答案有很多，其中之一便是——一個簡單的想法往往是最難以想象的。
我們的觀念往往被許多先入為主的想法影響，例如認為只有金屬或酶才能驅動化學反應的這樣想法。List和MacMillan成功地超越了這些先入之見，找到了一個巧妙的解決方案，化學家為了這樣一個解決方案已經奮鬥了幾十年。
現在，利用有機催化劑驅動的大量化學反應，研究人員可以更有效地構建任何分子，從新的藥物到可以用在太陽能電池中捕捉光的分子。通過這種方式，有機催化劑給人類帶來了無限的益處。
