2021诺贝尔化学奖揭晓：德美两位科学家分享殊荣
▲10月6日，2021诺贝尔化学奖揭晓，来自德国和美国的两位科学家分享此一殊荣。图/看看新闻Knews相关视频截图
2021年10月6日，瑞典皇家科学院决定将2021年诺贝尔化学奖授予德国马克斯·普朗克研究所的本亚明·利斯特（Benjamin List）和美国普林斯顿大学的戴维·麦克米伦（David WC MacMillan），“以表彰他们在不对称有机催化方面的贡献”。
长期以来，物质的化学反应、分解、生成和合成等都需要酶作为催化剂，而传统的催化剂则有金属和酶，后者是一种蛋白质，也称为生物催化剂。2000年，利斯特和麦克米伦又研发了第三种类型的催化剂，被称为不对称有机催化剂，而且建立在有机小分子上，也称为小有机分子催化剂。由于这一贡献，他们被授予2021年诺贝尔化学奖。
在人们的生活、生产和许多研究领域，都需要进行化学反应以产生新的物质和材料。这首先依赖于化学家构建分子的能力，以使分子可以形成各种材料和产品，如有弹性和耐用的材料，以便将能量储存在电池中或治疗和抑制疾病的发展。
构建不同的分子需要催化剂，后者是控制和加速化学反应的物质，但不会成为最终产品的一部分。例如，生产塑料和降解塑料都需要催化剂，人造树脂和塑料制品已经成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分，这些产品都离不开庞大的聚烯烃工业和推动聚烯烃工业跨越式发展的齐格勒-纳塔（Ziegler-Natta）催化剂。同时，塑料使用对人类和生态的污染，又促使研究人员研发新的催化剂来降解塑料垃圾，以减少其对环境的危害。
有机催化剂的本质是，有一个稳定的碳原子骨架，让更活泼的化学基团，如常见的氧、氮、硫或磷等元素可以附着在上面。由此让这类催化剂既环保又成本低廉。因为，小分子量的催化剂既具有低成本的优势，又有对环境更友好的优点。
有机催化剂的特点是，它们能够驱动不对称催化，后者催化的合成反应也称不对称合成、手性合成、立体选择性合成、对映选择性合成，而非对称反应可以借由手性催化剂从无到有地创造具有手性特征的目标分子。
▲10月6日，诺贝尔奖官网发布本年度诺贝尔化学奖获奖科学家本亚明·利斯特（左）与戴维·麦克米伦官方画像。图/诺贝尔奖官网
一直以来，人们观察世界时都会发现，很多物质都是对称的，就像人体和人们的左右手。因此，化学家在构建物质分子时，经常会发现有两种不同的镜像分子，而且不同镜像的分子功能有的相同，有的并不相同。实际上，化学家通常只需要其中一种分子就可以创造新的物质，例如，设计和生产新的药物。
利斯特和麦克米伦经过多年研究发现，不对称有机催化剂可用于驱动多种化学反应。利用这些反应，研究人员现在可以更有效地构建任何东西，从新的药物到可以在太阳能电池中捕获光的分子。通过这种方式，有机催化剂正在为人类带来最大的益处。
2000年，利斯特与同事研发了一种使用脯氨酸催化剂的不对称醛醇反应，成为有机催化这一重大研究领域的关键人物。而麦克米伦发明的麦克米伦催化剂可以很容易地从各种α-氨基酸中制备，对烯醛的不对称共轭加成反应有非常好的催化活性。
今年诺贝尔化学奖的一个重要意义是，在表面上体现了化学奖的回归，也即突破了“理综”项目。多年来，诺贝尔化学奖的交叉化和“理综化”，引起了化学界的一些不同声音或批评，例如，把化学奖授予了一些既属于医学、生命科学，又属于化学的研究。2015年的诺贝尔化学奖就是如此，授予了发现和阐明DNA修复机制的科学家。
DNA损伤修复机制对于生命的繁衍、预防和治疗癌症都非常重要。但这本应是生物医学的内容，却受到诺贝尔化学奖的青睐。而且，从1901年以来，诺贝尔化学奖几近一半授予了生物化学的研究成果，以至于有些科学家鼓励年轻学子首选医学、生命科学和生物化学研究，因为有1.5倍的机会获得诺贝尔奖。
但是，这也引起了纯粹化学家的微辞，认为不公平，尤其是对传统的无机化学研究者来说，更为不公。不过，今年的诺贝尔化学奖尽管在表面上体现为纯化学科目，但本质上可能还是一种综合性的成果，表面上是有机化学，实际上还带有生物化学的内容，如脯氨酸催化剂和α-氨基酸制备的催化剂。
这也再一次证明，交叉学科有丰富的大矿，值得科学家去挖掘，而且可能产生更多更大的成果。
另一方面，今年的诺贝尔奖也明确显示，只有那些既对人类生活和生产有益，同时又对生态和环境友好的研究成果，才能造福于人，也有利于这个星球，因此能获得诺贝尔奖的青睐。
新京报特约撰稿人丨张田勘（专栏作家）
