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诺贝尔|2021诺贝尔化学奖公布，对新药研发、电池储能等有重大意义( 二 )


原则上 ， 2000年之前发现的催化剂只有2种：金属与酶（酵素） 。
金属通常是优秀的催化剂 ， 它可以暂时容纳电子或化学过程中将电子提供给其他分子 。这能帮助松动分子中的化学键 ， 原本牢固的键也可以被打破 ， 并形成新的连接 。但是 ， 许多金属催化剂都是重金属 ， 它们可能对环境有害 。
酶则是不对称催化的大师 ， 在有两种手性镜像的时候 ， 它们总是只生成其中一种 。这些酶还会并肩工作：当一种酶完成反应 ， 另一种酶接手继续工作 。通过这种方式 ， 它们可以以惊人的精度构建复杂分子 ， 例如胆固醇、叶绿素或称为番木鳖碱（strychnine）的毒素 。
2000年 ， 本杰明·李斯特与大卫·麦克米伦分别发现了了第三种催化剂：不对称有机催化（asymmetric organocatalysis） 。
有机催化剂（organic catalyst）有一个由碳原子组成的稳定架构 ， 搭配较具活性的化学物质 ， 包括常见的元素如氧、氮、硫、磷等 ， 因此这类催化剂较不伤害环境 ， 成本也较低 。
此外 ， 有机催化剂不仅通常由简单的分子组成 ， 在一些情况下它们还可以像工厂传动带那样连续工作 ， 因为生产过程中的几个步骤经常可以连续不间断地进行 。这就是所谓的“级联反应” ， 它可以大大减少化学品生产中的浪费 。
诺贝尔|2021诺贝尔化学奖公布，对新药研发、电池储能等有重大意义
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金属催化剂与麦克米兰的有机催化剂（瑞典皇家科学院）
诺贝尔化学奖委员会主席艾克维斯特（Johan Åqvist）表示：“不对称有机催化的概念既巧妙又单纯 ， 甚至让许多人感到诧异：我们为什么没有早一点想到 。”
不止应用于新药领域有机催化已经对药物研究产生了巨大影响 ， 药物研究往往需要不对称催化 。在化学家能够进行不对称催化之前 ， 许多药物都包含分子的镜像 ， 其中一种是活性的 ， 而另一种有时会产生负面影响 。一个灾难性的例子是 ， 20世纪60年代的沙利度胺（反应停）丑闻 ， 其中一种与沙利度胺互为镜像的分子导致了数千个人类胚胎严重畸形 。
利用有机催化 ， 研究人员现在可以相对简单地制造大量不同的不对称分子 。例如 ， 他们可以人工生产具有潜在疗效的分子 ， 而非只能从稀有植物或深海生物中少量的分离 。
在制药公司 ， 这种方法也被用来简化现有药品的生产 。这方面的例子包括用于治疗焦虑和抑郁症的帕罗西汀 ， 以及用于治疗呼吸道感染的抗病毒药物奥司他韦 。
而有机催化剂之所以能够广泛运用 ， 关键就在于它们具有“不对称催化”的能力 。分子建构过程中 ， 经常会出现两种互为镜像（mirror image ， 左旋与右旋 ， 就像左手与右手）的可能性 ， 而不对称催化可以帮助化学家做选择 。
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两种互为镜像的分子 ， 左旋柠烯（S-Limonene）与右旋柠烯（R-Limonene）（瑞典皇家科学院）
从本世纪开始 ， 有机催化剂就在飞速地发展 。本杰明·李斯特（Benjamin List）教授与大卫·麦克米伦（David MacMillan）教授仍然是该领域的领导者 ， 他们证明了有机催化剂能够在多个维度上驱动化学反应 。通过这些反应 ， 研究者可以更有效地生产出医药制造所需的分子 ， 甚至是光伏发电 。因此 ， 有机催化剂给人类带来了前所未有的好处 。

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