诺贝尔奖授予构建分子的开创性方法使化学更环保

分别来自德国和的 Benjamin List 和 David MacMillan 将分享 1000 万瑞典克朗(870,000 英镑)的 2021 年诺贝尔化学奖，以表彰他们开发的“有机催化”——一种构建分子的精确工具，促进了药物研究并化学更环保、更便宜。

他们的研究可以追溯到 2000 年，当时化学家独立开发了今天所谓的“不对称有机催化”的第一步，即通过有机小分子激活化学反应。

许多技术和研究领域都依赖于必须在化学反应中产生的分子。不幸的是，这些可能非常缓慢，这就是为什么化学家经常使用催化剂——加速化学反应的材料。在 List 和 MacMillan 工作之前，只有两种类型的催化剂可用：金属或酶。在我看来，两人最重要的成就是发现了一些没人相信可能的东西：小有机分子如氨基酸也可以作为催化剂。

巨大的好处

这一发现使这对夫妇能够产生“不对称反应”。在化学反应中，许多分子以两种形式产生，它们互为镜像(一种称为手性的特性)。当您只想要其中一个时，这很烦人，这在制药行业中很常见。

事实上，这就是沙利度胺的问题所在，沙利度胺是在 1960 年代开发的，用于减少孕妇的孕吐，但最终导致胎儿畸形。这种药物是两种分子的等量混合物，但结果证明，虽然一种有效，但它的镜像对应物是有毒的。有机催化的美妙之处在于您可以在没有其镜像表亲的情况下生产特定分子。

避免在化学反应中使用金属作为催化剂的可能性也使制药公司更容易纯化化合物。这是药品制造中重要的最后一步，涉及去除危险化学品，包括某些金属催化剂。

与其他类型的催化相比，有机催化的另一个主要改进是它易于实施：您可以在室温下在简单的条件下进行。与其他类型的催化相比，它也更容易可靠地预测和控制结果。

此外，钯或铑等金属催化剂可能很昂贵。更便宜的替代品的一个非常漂亮的例子是脯氨酸，这是一种简单的氨基酸，通常用作有机催化剂，它非常有效，完全取代了某些昂贵且复杂的金属催化剂。

研究人员发明的那种反应。如果你在左边加入酮和醛，并添加脯氨酸催化剂(在箭头上方的中间)，这会生成羟醛(在右边，即醛和醇)。作者提供

有机催化不仅是一种更便宜的替代品，而且更环保，通常含有常见且丰富的元素，如氧、氮、硫或磷，而不是铱或钯。

List 和 MacMillan 很快成为这一开创性新化学的领导者，开发了越来越多的反应和催化剂，并设想了扩展该领域的新方法。这项工作最重要的方面之一是它改变了许多有机化学家的态度，他们将注意力转向有机催化并接受了它。这意味着许多不同研究领域的化学家能够合成复杂的分子，这使得该领域呈指数增长。

我有幸在这个新领域开始时(2004-06 年)在德国米尔海姆的Max-Planck-Institut für Kohlenforschung与 List 一起工作，当时我是一名博士后研究员。我亲眼目睹了这个领域在世界各地的化学家中变得非常流行。我还看到了 List 如何将他与其他化学家区分开来的愿景：他真的相信自己的工作，并且突破了催化的界限——从根本上永远改变了它。

我只能祝贺 List 和 MacMillan 获得当之无愧的奖项——他们激励了包括我在内的许多化学家的职业生涯。

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