2021年诺贝尔化学奖得主10月6日揭晓！德国学者本杰明李斯特和美国学者大卫麦克米伦共同获奖；他们获奖是因为他们推动了不对称有机催化的发展。诺贝尔委员会指出，他们开发的有机催化剂不仅对药物研究产生了巨大影响，而且使化学合成的过程更加环保。
催化剂与不对称催化
在日常生活中，催化剂的应用极其普遍：医药、塑料、香水、香料。据估计，全球35%的GDP与某种化学催化有关。2000年以前发现的所有催化剂不是金属就是酶(也称为“酶”)。尤其是金属，因为当化学反应发生时，它们可以暂时保持或提供电子，使金属成为一种良好的催化剂。
但金属催化剂存在一些问题：一是有些对氧和水特别敏感，需要在无水无氧的环境下操作，有些价格相当昂贵，在工业过程中难以实现；还有一个就是很多金属催化剂都是重金属，对环境有害。第二个催化剂是与人体生理反应密切相关的“酶”。所有生物的数千种反应都与此有关。它们通常是由数百种氨基酸组成的巨大分子。
2000年，Benjamin List和David MacMillan分别开发了基于有机小分子的第三种催化剂：不对称有机催化剂。有机催化剂的应用在2000年后迅速扩大，主要是因为它们可以驱动不对称催化。
有一种异构，结构上就像你的两只手。它们看起来很像，但不能重叠。这种异构现象称为“对应异构”。为了区分它们，我们将使用左/右利手、左/右利手或左/右旋光来描述结构差异。
手掌标志。图/维基百科对应异构体的结构差异，也会影响其性质。比如，人体只能吸收右旋活性维生素C(注：市面上的左旋维生素C不是轻左旋，而是左旋右旋维生素C)。但人工合成维生素C时，通常无法全部转化为右旋光学活性的维生素C，造成原料浪费。
在构造分子时，经常会出现可以形成两个不同分子的情况，就像人类的左右手，互为镜像，但化学家通常只需要其中一个，尤其是在生产药物时。
2001年诺贝尔化学奖授予“不对称催化剂”，它能使化学反应的大部分产物变成一些相应的异构体。例如，如果在合成维生素C的化学反应中加入不对称催化剂，可以有效地生产右旋光学活性的维生素C，减少浪费。
00-1010班明杰列表在研究*催化抗体时开始思考酶的工作原理。酶是由氨基酸组成的，有些氨基酸中还含有有助于促进化学反应的金属，但关键是很多酶催化化学反应都不需要金属，反应是由酶中的一个或几个氨基酸驱动的。这让本杰明想知道，氨基酸必须是酶的一部分才能催化化学反应吗？单个氨基酸或类似的简单分子能胜任这些工作吗？
催化抗体：具有加速化学反应特性的抗体，以酶反应质量的转变类似物为抗原。本杰明知道，早在25年前和20世纪70年代，就有人在研究利用脯氨酸作为催化剂，但没有人继续研究。本杰明认为可能是效果不理想。因此，在没有任何期待的情况下，本杰明测试了它是否能催化结合两个碳原子的aldol反应。这个简单的尝试有一个惊人的结果：相当有效。
通过实验，本杰明不仅证明了脯氨酸是一种有效的催化剂，还证明了这种氨基酸可以驱动不对称催化。与开始研究脯氨酸作为催化剂的研究人员不同，本杰明知道它的巨大潜力。与金属和酶相比，脯氨酸分子简单，更容易合成，环保，是化学家梦寐以求的工具。2002年2月发表时，Benjamin认为有机分子的不对称催化是未来很有潜力的新概念。
00-1010年，大卫麦克米兰开始改进不对称催化剂，以便使它们能够用于大规模工业生产。由于金属的不对称催化剂没有进展，他决定改变方向，尝试用简单的有机分子作为不对称催化剂。
左图为原始金属催化剂。铜原子是比较脆弱的部分，使得催化剂容易变质，增加了使用难度。右图为麦克米伦的有机分子催化剂。为了解决金属催化剂中金属原子结构相对脆弱的问题，Mirren
弱的问题，他决定开发一种没有金属原子的催化剂，后称为「有机分子催化剂」。
透过有机催化剂驱动的化学反应，可让研究人员更有效率的建构新药物，甚至是太阳能电池中可捕获光的分子。透过这些应用，有机催化剂为人类带来极大的贡献。而在李斯特与麦克米伦发现有机分子催化剂之后，也持续设计出了大量廉价且稳定的有机催化剂，让不同的化学反应使用。
参考文献
- Their tools revolutionised the construction of molecules. The Nobel Prize in Chemistry 2021
- 台湾杰出女科学家系列专访，持续更新中！
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