2021诺贝尔化学奖揭晓,“不对称有机催化”是项什么研究

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刚刚,瑞典皇家科学院宣布,德国科学家本杰明·李斯特 (Benjamin List) 和美国科学家戴维·麦克米伦 (David MacMillan)荣膺2021年诺贝尔化学奖,“以表彰他们对不对称有机催化的发展所作出的贡献”。

总奖金为1000万瑞典克朗(约合732万元人民币)。截至2021年,诺贝尔化学奖共颁发113次,有187人获奖。

本杰明·李斯特,德国化学家,鲁尔河畔米尔海姆马克斯·普朗克煤炭研究所主任。

戴维·麦克米伦,美国化学家,2010年至2015年期间担任普林斯顿大学化学系主任。

分子构建是一门困难的艺术。许多研究和工业领域都依赖于化学家构建分子的能力,这些分子可以形成弹性和耐用的材料,在电池中储存能量,甚至抑制疾病的进展。这项工作需要催化剂的参与。在化学反应中,催化剂可以控制和加速反应,但不会成为最终产物的一部分。例如,汽车中所用的催化剂能将废气中的有毒物质转化为无害分子。我们的身体中也含有数以千计的催化剂——酶,它们可以分解出生命所必需的分子。

因此,催化剂是化学家的基本工具,但长期以来,研究人员认为,原则上只有两种催化剂可用:金属和酶。诺贝尔奖得主本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦则开发了第三种类型催化剂,即“不对称有机催化”,这建立在小的有机分子上。

戴维·麦克米伦所研究的金属催化剂很容易被水分破坏。他想知道是否可以用简单的有机分子开发出一种更耐用的催化剂,其中一种在不对称催化方面表现出色。

本杰明·李斯特想知道是否真的需要整个酶来获得催化剂,他测试了一种叫做脯氨酸的氨基酸是否能催化化学反应,结果,它出色地工作。

不对称有机催化将分子结构提升到了一个全新的水平,它不仅使化学更加环保,而且使生产不对称分子变得更加容易。这项技术对药物研究产生了巨大的影响。

有机催化剂具有一个稳定的碳原子框架,可以让更活跃的化学基团附着在上面。它们通常含有一些常见元素,如氧、氮、硫或磷。这意味着这些催化剂既环保又便宜。

由于有机催化剂驱动不对称催化的能力,其用途迅速扩展。在分子构建的过程中,通常会出现形成两种不同分子的情况,它们就像我们的手一样,互为镜像。化学家通常只需要其中一种分子,特别是在生产药品的时候。

自2000年以来,有机催化领域以惊人的速度发展。本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦仍然是这个领域的领导者,他们证明了有机催化剂可以用来驱动大量的化学反应。利用这些反应,研究人员可以更有效地构建任何分子,包括新的药物,以及可以在太阳能电池中捕捉光的分子。以这种方式,有机催化剂给人类带来了巨大的益处。

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