扬子晚报|2021诺奖化学奖颁给了“不对称有机催化” 它是降低药物副作用的“大功臣”

本亚明·利斯特 大卫·麦克米伦

　　2021年的诺贝尔化学奖，终于颁给了化学家！快被学界戏称为“诺贝尔理综奖”的诺奖化学奖，于10月6日下午正式开奖。化学家本亚明·利斯特和大卫·麦克米伦因为发展了不对称有机催化而获奖。“不对称有机催化”对于绝大多数人来说是个陌生的概念，实际上，它在我们的生活中早就应用得相当彻底。如药物中大大降低的不良反应，就有不对称有机催化的功劳。吃一片药会头晕老半天，未来这些“副作用”或将大大减少。

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　　“催化剂”在我们的生活中无处不在

　　催化剂听起来似乎有点陌生，但实际上与我们的生活并不遥远，例如我们日常使用的电池、或者汽车的尾气排放，都有催化剂的存在。催化剂可以将废气中的有毒物质转化为无害分子。

　　更加贴近我们人类的催化反应，其实每分每秒都在我们身体里发生，我们吃进去的食物都是在各种各样的酶的帮助下转化成为能量或构建我们身体的“结构元件”。

　　因此，催化剂是化学家，乃至各个领域科学家的基本工具，但研究人员长期以来认为，原则上只有两种催化剂可用：金属和酶。利斯特和麦克米伦则另辟蹊径，在2000年独立开发了第三种催化剂——建立在小有机分子上的不对称有机催化。南京大学化学化工学院朱少林教授介绍，金属催化和酶催化，这两个领域都得到过诺奖，尤其在金属催化方面得奖较多。

　　利斯特和麦克米伦被授予2021年诺贝尔化学奖的原因是，他们各自独立地开发了第三类催化剂，即“有机催化”。“他们将有机催化这个领域概念化之后，实际上形成了酶催化、金属催化、有机催化三足鼎立的局面，有机催化的概念化以惊人的速度驱动着不对称催化领域的发展。”朱少林说。

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　　“不对称有机催化”此前就有较高获奖呼声

　　1998年左右，麦克米伦发现了金属不对称催化由于反应条件复杂，部分金属和配体过于昂贵，难以工业应用的问题，他下决心找到更简单的催化剂。比如结构简单的有机分子，它们更廉价、更容易进行设计。麦克米伦尝试了胺活化的方式，他设计合成了多种手性有机胺分子来活化不饱和醛、酮，通过形成亚胺正离子中间体，实现了多种类型的不对称催化转化。

　　朱少林介绍，2000年初，麦克米伦提出了“有机催化”这个新名词后，归纳了其中的原理，将其应用到不对称催化中，引领该领域“火”了10多年，发展出了非常多的不对称有机催化反应，“最多的时候全世界有一百多个做合成的课题组进入到这个领域”，由于反应模式的限制，不对称有机催化后期的发展遇到了一些瓶颈，其后研究热度稍有消退。

　　但从2005年起，该领域获奖的呼声一直很高。两位科学家也继续引领该领域的发展，他们证明了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去构建任何东西，从新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更大的益处。

　　最“亲民”的应用

　　它是降低药物副作用的“大功臣”

　　吃药会“头晕”，有时是“手性分子”在“捣鬼”

　　我国知名抗肿瘤药物科学家、betway东盟体育app尤启冬教授告诉记者，如果没有“不对称有机催化”，因为手性药物带来的不良反应或许会是几倍的增加。科研人员研发新药的速度也会受到影响。

　　介绍“不对称有机催化”在制药领域的应用之前，必须先带读者学习一个概念“手性”。人有左手和右手，两只手合在一起就像“镜”和“像”的关系。化合物由于分子中基团的排列不同，也会产生“左手性”和“右手性”，这也是一种镜和像的关系。人类的左手和右手无法完全重合，化合物的世界里，“手性分子”和它的镜像分子也并不完全是一模一样。镜和像不一样的“手性分子”正是让科研工作者们“头疼”的“捣蛋源头”。

　　“用蛋白质来举个例子，蛋白质是由氨基酸组成的，这些氨基酸就带有‘手性’。”尤启冬打了个比方：氨基酸在形成蛋白质时会折叠成一个个“小口袋”，用来“兜住”不同的分子。看上去是同样的“口袋”，但有的分子能完全装进去，有的却不能进入口袋。某种与疾病相关的靶标蛋白，如能够完全装入一个带有手性的分子，便能产生很好的治疗作用；然而，如果口袋“兜不住”该手性分子的镜像分子，万一和其他蛋白相结合，就可能“坏了大事”。

　　“不对称有机催化”让“捣蛋分子”彻底消停

　　“‘兜不住’的分子，结合了另外的蛋白，会产生意料之外的效果，有时是副作用，有时甚至是毒性。”尤启冬举例，20世纪60年代，科研工作者发现，一种镇静药物沙利度胺可以减轻怀孕妇女的妊娠反应，但意外的是，这种药物却导致了大量的畸形婴儿的出生，这就是药物史上有名的“反应停”事件。后来，经过科研工作者的研究，他们发现沙利度胺这种药物中，有一对称为“R体”和“S 体”的手性镜像分子。R体具有镇静作用，而S体是一种强力致畸剂。这里的“S体”，便是大量畸形婴儿产生的“罪魁祸首”。

　　如果能够让分子在合成时，只产生我们想要的手性分子，可完全减少手性分子镜像化合物产生的“副作用”，这就需要“不对称有机催化”来起作用了。“有了不对称有机催化，我们可以保留‘想要的部分’，这样，可以大大降低药物的不良反应，同时提高药效。”尤启冬介绍，单一手性化合物的合成是制药业的重要工作，通过“不对称有机催化”，科研人员可以在新药的研发过程中减少因为手性分子带来的副作用，让药物更加安全。

　　■延伸阅读：

　　诺贝尔化学奖 为啥被戏称为“理综奖”

　　诺贝尔化学奖一度被认为是 “理综奖”，奖励过很多传统的化学家，也奖励了不少与化学交叉的工作。从2011年开始的10年里，诺贝尔化学奖有4次颁给了生命科学研究，还有两次给了主要用于生物学研究的超分辨率荧光显微镜和冷冻电镜。

　　诺贝尔化学奖每年评选和颁发一次，其中有8年因故停发（1916年、1917年、1919年、1924年、1933年、1940-1942年）。截至2020年，诺贝尔化学奖共颁发112次，有185人获奖。唯一一位“梅开二度”的科学家是弗雷德里克·桑格，在1958年和1980年两次获奖。

　　南大教授跟着诺奖得主做过博士后

　　“导师为人风趣，科研眼光独到”

　　记者从南京大学了解到，本次诺贝尔化学奖的两位获奖者本亚明·利斯特和大卫·麦克米伦都曾到访过南大。

　　在2010年-2013年，南京大学化学化工学院朱少林教授赴美国普林斯顿大学攻读博士后，麦克米伦还是他的导师。在朱少林的眼中，麦克米伦为人风趣，科研眼光独到，总是在引领科研界的研究潮流，“他目前提出并引领的光催化自由基研究领域，也被认为很有希望获得诺奖。”作为一名导师，他也能给学生多方面的收获，“他不仅仅给你一个课题，他会通过各种机会传授学生各种能力，包括如何寻找研究亮点、如何寻找能产生重大影响的研究课题，日常学习中会给学生传授关于写作、制作PPT和演讲的相关技巧，注重培养学生的沟通交流能力等等。”

　　南大化学化工学院程旭教授也与本次诺奖得主本亚明·利斯特有交集。2005年-2008年，他在德国马克斯·普朗克煤炭研究所工作，接受过本亚明·利斯特的指导。程旭对本亚明·利斯特的印象是天才科学家，全部心思都在他感兴趣的科学问题上，把握化学研究发展的趋势，眼光非常前瞻，很多想法学生都有点“接不住”，“我刚到所里的时候，他给我列了三个方向，包括酮催化氨基酸的去对称化、脯氨酸催化、手性磷酸催化剂。”程旭说，利斯特不会给出特别具体的指导，而是在关键节点上才会讨论，“后来我主要在他指引的手性磷酸催化剂方面取得了进展。”

来源：2021年10月7日 扬子晚报A8版（整版新闻）

通讯员：姜晨  记者：杨甜子