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我们的生活,离不开催化剂。汽车中的催化剂,可以将尾气中的有毒物质转化为无害的分子。我们的身体中也包含了数千种催化剂——酶,它们可以帮助产生生命所必需的分子。
长期以来,科学界认为催化剂只有两类——金属和酶,而来自德国和美国的两位科学家则开发出了第三类催化剂,让化学的发展更加绿色环保。这两位科学家获得2021年诺贝尔化学奖。
据新华社电
瑞典皇家科学院6日宣布,将2021年诺贝尔化学奖授予两名科学家本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦,以表彰他们在发展不对称有机催化中的贡献。
开发出第三类催化剂
利斯特1968年出生于德国法兰克福,现任德国马克斯-普朗克煤炭研究所所长;麦克米伦1968年出生于英国贝尔斯希尔,现任美国普林斯顿大学教授。瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松当天在皇家科学院会议厅公布了获奖者名单及主要成就。他说,今年的获奖研究成果是“构建分子的巧妙工具”。
瑞典皇家科学院在当天发表的新闻公报中说,构建分子是“一门困难的艺术”,许多科研领域和工业行业都依赖于化学家构建分子的能力,而构建分子需要催化剂来控制和加速化学反应。
催化剂是化学家的基本工具,但研究人员长期以来认为原则上只有金属和酶这两类催化剂可用。利斯特和麦克米伦在2000年各自独立开发出了第三类催化剂,它建立在有机小分子基础上,被称为不对称有机催化剂,它们驱动的反应就是不对称有机催化。
更环保更廉价
据介绍,有机催化剂拥有一个稳定的碳原子骨架,使得更活泼的化学基团可以附着在上面。有机催化剂的其他元素是常见的氧、氮、硫或磷,这意味着它既环保又廉价。
2000年以来有机催化发展速度惊人,利斯特和麦克米伦一直是该研究领域的领导者。他们的研究成果表明,有机催化剂可用于驱动多种化学反应,通过这些反应可以有效合成多种分子,包括新药物分子、在太阳能电池中捕获光的分子等,为人类带来巨大益处。
两名科学家将平分1000万瑞典克朗(约合人民币732.5万元)奖金。利斯特在发布会现场的电话连线中表示自己获奖很意外。他形容收到获奖消息所感时说:“很难描述,这是一个我永远不会忘记的特殊时刻。”
案例
制药时去除对人有害的成分
有机催化剂的迅速广泛应用主要是由于它们能驱动“不对称催化反应”,合成手性分子。
手性分子是指两种分子在成分上完全一样,但空间结构彼此互为镜像,好比人的左手和右手。互为手性的分子特性可能有很大差异,化学家通常只需要其中一种,尤其是在生产药品时。
20世纪60年代,对手性分子认识的不足曾导致一场“反应停事件”。
当时,欧洲一些医生曾给孕妇服用“反应停”作为镇痛药或止咳药。很多孕妇在服用了“反应停”后,生出了先天畸形的婴儿,有的孩子没有胳膊,手长在肩膀上。后来经过研究发现,“反应停”中,右手分子具有抑制妊娠反应活性,而左手分子却对胚胎有很强的致畸作用。
在没有人为干涉的情况下,经过化学合成,两种手性分子出现的比例是相等的。所以现在,在生产药物的过程中需要判断除了药物需要的分子外,另一种手性分子是否对人体有害,并使用不对称有机催化来选择性地合成分子。
记者沈颢通讯员唐敬翔
应用
“云端之上”的化学奖和普通人有啥关系?
本报综合诺贝尔化学奖和普通人有什么关系?实际上,化学奖的科研成果,早已融入普通人的生活之中。
2019年10月,诺贝尔化学奖颁给了“锂电池之父”古迪纳夫、现代锂电池的发明者吉野彰和在锂电池领域有着开创性研究的威廷汉。诺贝尔奖官网说:“他们创造了一个可充电的世界。”手机、相机等常见的数码产品,广泛使用了锂电池。
再举一个例子——塑料已经融入现代社会的方方面面,但是,当我们使用这些不起眼的塑料制品时,可曾想过,他们都来源于高深的理论?
1953年,因在高分子化学方面的贡献,德国科学家施陶丁格获诺贝尔化学奖;1963年,意大利科学家纳塔、德国科学家齐格勒因合成高分子塑料,共同获得诺贝尔化学奖。
得益于这些科学家的发现和研究,人类社会的发展进程被极大地推动。正如1998年诺贝尔生理学或医学奖得主伊格纳罗所言,“摘取诺贝尔奖的任何科学发现都不应束之高阁,而应普惠大众”。
人物
戴维·麦克米伦:因为物理教室太冷选择化学
戴维·麦克米伦曾在接受采访时表示,受到哥哥的影响,自己在高中开始上科学课的时候,就深深被物理和化学逻辑中的乐趣吸引。于是,他在高中毕业后申请了格拉斯哥大学的物理系。
“我原本是去格拉斯哥大学学物理的,但因为物理教室太冷了,化学教室却暖和得多,所以自己决定换专业从物理系去到了化学系。显然这是个有趣的故事。”他说。
在麦克米伦看来,作为一名化学家最大的乐趣就是得到一个完全不同的结果。他感慨道:“在这一刻,你可以想象所有的可能性在你面前打开,这是伟大的。在科学世界里没有比这种感觉更好的了。”
本亚明·利斯特:“成功与热爱你做的事有关”
在科学探索的世界里,兴趣无疑是最好的老师。另一名诺奖得主本亚明·利斯特称,自己在十八岁时便已立志要成为一名化学家。
“我不知道成为一个成功科学家的秘诀是什么,但这可能与你热爱你所做的事情有关。”在成为有机合成领域的大牛后,利斯特对于自己的成功如是说。
得知自己获得诺贝尔奖时,利斯特正在阿姆斯特丹与家人度假。他表示,自己和妻子一起吃早餐的时候,突然接到了来自斯德哥尔摩的电话,一开始还以为是有人在开玩笑。
在获奖后的新闻发布会上,他称这是一个“巨大的惊喜”。“你们让我今天过得很开心。”53岁的他在电话中表示,“我希望自己不辜负这一赞誉,继续发现令人惊叹的东西。我总是喜欢走极端,常常想我们能做到以前不可能做到的事情吗?”