2021诺贝尔化学奖花落“不对称有机催化”

专家表示我国水平不亚于诺奖

“今年纯化学领域终于争了一口气！”这是不少化学家的心里话。过去20年，诺贝尔化学奖有超过一半颁给了生物化学。

北京时间10月6日下午5点49分许，2021年诺贝尔化学奖揭晓。德国科学家本杰明·李斯特（Benjamin List）和美国科学家大卫·麦克米伦（David W.C. MacMillan）成为新科诺奖得主，原因是他们“在不对称有机催化方面”的工作。这对药物研究产生了巨大影响，并使化学更加绿色。

记者了解到，这两位诺奖得主与中国都有着颇深的缘分。李斯特曾受中国科学院院士周其林邀请，两次到南开大学作报告，“并两次入住了天津的同一家宾馆”。他还曾到中科院上海有机化学研究所作报告，该所研究员游书力清楚记得，他喜欢红烧肉，每次来所里吃饭必点。

麦克米伦的实验室里也先后接收过十多位中国博士生和博士后，中科院上海有机化学研究所研究员左智伟就是其中一位。在他的印象中，麦克米伦是一位“喜欢打高尔夫、享受美好生活和化学”的科学家。

化学“皇冠上的明珠”

《中国科学报》： 2001年诺贝尔化学奖颁发给不对称催化氢化和氧化反应研究，时隔20年后，2021诺贝尔化学奖再次聚焦手性催化。对此您有什么感受？

周其林：催化剂被称为化学家的“基本工具”，他们在不对称有机小分子催化领域是先驱，他们的方法在手性化合物合成方面有很广泛的应用。2001年，不对称催化氢化和氧化反应研究获得了诺贝尔化学奖，但他们是用手性金属催化剂。这次获奖的不对称有机催化是不含金属的，在应用方面的好处是更加便宜和环保。他们的获奖，对有机化学、特别是有机合成领域是一个巨大的鼓舞，说明这个领域非常重要，希望有更多聪明的年轻人从事这个领域。目前还有很多有机反应、药物合成缺少高效的手性催化剂，一旦有了高效手性催化剂，可以让药物变得更加便宜。

上海交通大学化学化工学院特别研究员张书宇：手性化学及不对称催化是上个世纪中后期以来，有机化学领域最重要、最活跃的研究内容之一。2001年诺贝尔化学奖主要采用的催化模式是以金属催化中心和手性配体组合，这一系列非常重要的不对称反应与医药和工业紧密联系。至此，不对称催化领域发展迅猛。时隔20年之后，手性催化再次获得诺贝尔化学奖，足以证实这一领域在当今化学发展中的重要性。

《中国科学报》：2021诺贝尔化学奖研究的重要性和亮点有哪些？

张书宇：今年的亮点是有机小分子催化，催化中心区别于以往的金属中心催化模式，采用绿色及环境友好的非金属有机催化剂，充分利用氧、氮、硫、磷等非金属原子的配位和成键特性实现手性传递。李斯特和麦克米伦是为推动这一领域蓬勃发展做出巨大贡献的众多有机化学家的杰出代表，为推动和发展有机小分子催化领域做出了杰出的贡献，这一荣誉实至名归。

中南大学化学化工学院教授张翼：如果把有机合成看作是化学的王冠，那么不对称催化（手性催化）就是王冠上的明珠。在人体中，绝大多数的生物活性分子比如氨基酸等都是手性的。一般来说，在治疗过程中，左旋药物起主要作用，而右旋药物往往是惰性的甚至具有毒副作用。因此临床上要求用于治疗各种疾病的药物分子尽量是纯粹的左旋异构体。而合成药物时，普通的方案往往得到的是消旋体（左旋右旋各一半），这就需要通过手性拆分再得到单纯的左旋异构体，既增加了额外工作，也造成了原材料的浪费。不对称催化能够特异性得到左旋的分子，从绿色化学的角度，理想情况下可以实现原料分子近100%的利用，这就是不对称催化的重要意义。这项获奖成果实现了利用有机小分子催化剂来实现不对称催化，解决了酶催化难以规模化和金属基催化杂质去除的困难，理论研究意义和实际应用价值都非常重大。

“不满足”与“高标准”

《中国科学报》：您与两位科学家有哪些交流？

周其林：2006年和2019年，我曾两次邀请本杰明·李斯特访问南开大学并作了学术报告。我和大卫·麦克米伦曾在上海的国际学术会议相识，并在中国台湾共同做过一次巡回学术讲座，有很多交流。我认为他们是非常具有创新精神的科学家，不满足已有的成绩，这次获奖的不对称有机催化领域是他们很早的工作了，近年来他们也在不断探索新的有机化学反应，例如大卫·麦克米伦在有机光化学方面又有很多发现。他们不会一直守着自己的领域，而是不断尝试新的突破，这是我们需要好好学习的科学家品质。

《中国科学报》：麦克米伦是一位怎样的科学家？

左智伟：2013年到2015年，我在普林斯顿大学麦克米伦教授课题组做博士后。我在他组里从事研究的时候，他的工作实际上已经进入到“第二代版本”，也就是现在业界认为他有可能再得一次诺贝尔奖的工作——光催化。他和学生之间更多是启发性的交流，同时他对于化学的要求标准非常高。比如有机反应核心的内容一般通过图片表示，他对结构式图片的制作有着严格的模版要求，譬如最简单的一个甲基基团，一般不作标注也不影响对内容的理解，但他会要求必须得把甲基团以“CH3”标示出来，以最规范的格式结尾。

《中国科学报》：您所认识的麦克米伦在生活中是一个什么样的人？

左智伟：他很乐意享受生活的，比如他打高尔夫球的频率很高，也是喜欢品酒的一个人。他也是一个非常平易近人的人，如果学生遇到一些实际困难，他知道后就会给予帮助。和很多好的导师一样，他会给学生写推荐信，更多时候还会帮学生去主动联系或者是寻找机会。比如当时我回国找工作面试时，他当时主动帮我联系了院系的负责人，而且写了一封非常详细的推荐信。

我国水平不亚于诺奖

《中国科学报》：国内在不对称有机催化领域的研究进展和应用前景如何？

周其林：我们一定要关注两位华人科学家，史一安教授和杨丹教授，他们在1996年就已经发表了不对称有机催化的论文，做了开创性的工作，但与两位化学奖获奖者相比，在对学科的推动和广泛应用上略微缺乏。目前国内还有很多化学家在做不对称有机催化研究，也发展出了自己的小分子催化剂。基础研究有两种情况，一种是纯粹自然规律发现，目前还看不到应用，另一种不仅有科学意义还有应用价值。不对称催化给我们的启示是，发现新的手性催化剂不仅在理论意义，还会对药物合成等产生巨大影响。例如很多抗癌药的合成需要几十步反应，如果有了新的手性催化剂，可以把合成步骤大大缩短。

东南大学化学化工学院教授熊仁根：用有机小分子作为不对称催化剂，如两性离子氨基酸等，避开金属和酶的使用，避免（重）金属残留。更加适合药物合成与生产，减少后续纯化步骤。中国科学家在小分子的有机催化领域也做了很多非常好的工作，这些工作的水平不见得比诺贝尔奖水平差，也不亚于他们。

中科院化学研究所副研究员冯宇：包括我国在内的科学家在发展新型有机小分子催化剂、拓展催化反应类型等方面取得了系列原创性、前瞻性成果，推动了合成化学、手性催化、药物化学和材料化学等领域的发展。实际上，我国有机小分子催化剂开展得也很早，并做出了很大贡献。手性酮催化烯烃的环氧化反应是早期有机小分子催化反应的代表之一，杨丹和史一安等分别作出了出色的工作。近年来，我国在高水平论文发表上，尤其是小分子催化剂领域，可以说是与国际一流水平齐头并进，但原创性和前瞻性工作还有待加强。

《中国科学报》：在您看来我国是否已经成为一个化学强国？中国的诺贝尔奖何时可能出现？

熊仁根：我们国家是一个化学大国，也在稳步走向化学强国。就获得诺贝尔奖，我个人有三点建议仅供参考。首先，我们要多开展原创性的工作，真正实现从“0”到“1”的突破；其次，科学研究需要持之以恒，耐得住寂寞，一辈子就做一件事情；最后，我们要广泛地开展国际合作与交流。

实际上，经过10年、20年的努力，我国在很多化学领域已经比较强。但获得诺贝尔奖是有一个周期的，比如用10年把原创的东西做出来，还要经过10年、20年甚至更长的时间来验证。所以，中国科学家不用着急，相信在30年、40年、半个世纪以后，肯定有很多中国科学家拿奖。最后，我们需要有“10年甘坐冷板凳，认认真真做学问”的心态。不过我们需要看到，科学的竞争不是静态的，是动态的，别忘了我们在努力、在前进，别人也是一样。