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manbet手机版十月十日

manbet手机版三位科学家分享了今年的诺贝尔化学奖:manbet手机版威廉·s·诺尔斯manbet手机版，此前任职于美国密苏里州圣路易斯市孟山都公司;manbet手机版主席Ryoji Noyorimanbet手机版日本名古屋千古萨名古屋大学manbet手机版巴里·夏普莱斯manbet手机版，斯克里普斯研究所，加州拉霍亚，美国。manbet手机版瑞典皇家科学院授予他们催化不对称合成的发展奖。manbet手机版这三位化学家的成就对学术研究、新药物和新材料的开发都具有重要意义，并被用于许多制药产品和其他生物活性物质的工业合成。manbet手机版这是关于科学家获奖发现的描述和背景信息。

manbet手机版镜像催化

manbet手机版手性分子

manbet手机版今年的诺贝尔化学奖关注的是如何利用某些手性分子来加速和控制重要的化学反应。manbet手机版这个词manbet手机版手性manbet手机版这个词来自希腊语manbet手机版cheir,manbet手机版也就是手。manbet手机版我们的手是手性的——我们的右手是左手的镜像——就像大多数生命分子一样。manbet手机版例如，如果我们研究常见的氨基酸丙氨酸(图1)，我们看到它可以以两种形式出现:(manbet手机版年代manbet手机版)-丙氨酸和(manbet手机版Rmanbet手机版)-丙氨酸，它们是镜像。

manbet手机版无论我们如何扭曲或扭转这些形式，我们都不能让它们彼此重叠。manbet手机版显然，它们没有相同的三维结构。manbet手机版原因是中间的碳原子结合了四个不同的基团H和CH_{manbet手机版3.}manbet手机版,在北半球_{manbet手机版2}manbet手机版羧基和羧基，它们位于四面体的角上。manbet手机版与NH的未断键_{manbet手机版2}manbet手机版和COOH表示这些键在纸的平面上，而黑色楔形键和断楔形键表示它们分别在纸的平面上向上和向下。

manbet手机版荷兰化学家范霍夫(J. H. van ' t Hoff)和法国化学家勒贝尔(J. A. Le Bel)在1874年各自独立地发现了围绕中心碳原子的基团的这种四面体排列。manbet手机版(范霍夫在1901年获得了第一个诺贝尔化学奖，但因为其他的发现。)

manbet手机版因此，氨基酸丙氨酸以两种形式出现，称为manbet手机版对映体。manbet手机版当实验室在正常条件下生产丙氨酸时，得到一种混合物，其中一半为(manbet手机版年代manbet手机版)-丙氨酸和另一个(manbet手机版Rmanbet手机版)丙氨酸。manbet手机版这种合成是对称的，因为它产生了等量的两种对映体。

manbet手机版另一方面，非对称合成处理的是一种形式的过量生产。manbet手机版为什么这一点如此重要?manbet手机版让我们回到大自然中去寻找答案。

manbet手机版自然是手性的

manbet手机版人们可能会认为这两种形式的手性分子在自然界中应该是同样常见的，反应应该是对称的。manbet手机版但当我们近距离研究细胞分子时，很明显自然界主要使用两种对映体中的一种。manbet手机版这就是为什么我们只有一种镜像形式的氨基酸——这适用于所有的生物物质，包括植物和动物——肽、酶和其他蛋白质。manbet手机版碳水化合物和核酸(如DNA和RNA)也是例子。

manbet手机版因此，我们细胞中的酶是手性的，就像其他在细胞机制中起重要作用的受体一样。manbet手机版这意味着它们更倾向于与一个对映体结合。manbet手机版换句话说，受体是极具选择性的;manbet手机版只有一种对映体适合受体的位置，就像钥匙适合锁一样。manbet手机版(这个比喻来自另一位诺贝尔化学奖得主埃米尔·费舍尔，他于1902年获得诺贝尔化学奖。)

manbet手机版由于手性分子的两种对映体通常对细胞有完全不同的作用，因此能够将两种形式的每一种都纯制出来是很重要的。

manbet手机版毒品和柠檬的味道

manbet手机版大多数药物由手性分子组成。manbet手机版由于药物必须与细胞中与其自身结合的分子相匹配，因此通常只有一种对映异构体是值得关注的。manbet手机版在某些情况下，其他形式甚至可能是有害的。manbet手机版例如，在20世纪60年代出售给孕妇的药物沙利度胺就是这种情况。manbet手机版沙利度胺的一种对映体有助于抑制恶心，而另一种可能导致胎儿损伤。

manbet手机版还有其他不那么引人注目的例子，说明这两种对映体对我们细胞的影响有多么不同。manbet手机版柠檬烯,manbet手机版例如，是手性的，但两种对映体第一眼很难区分(图2)。我们鼻子里的受体更敏感。manbet手机版一种形式肯定有柠檬的味道，而另一种则有橘子的味道。

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manbet手机版图2。manbet手机版（manbet手机版Rmanbet手机版)-柠檬烯闻起来像橘子，而它的对映体(manbet手机版年代manbet手机版柠檬烯闻起来像柠檬

manbet手机版催化不对称合成是什么?

manbet手机版对于工业来说，能够生产出尽可能纯净的产品是非常重要的。manbet手机版能够大量生产一种产品也很重要。manbet手机版因此，催化剂的使用是非常重要的。manbet手机版催化剂是一种能提高反应速度而自身不被消耗的物质。

manbet手机版在过去的几十年里，人们密集地研究如何生产-合成-一种对映体而不是另一种对映体。manbet手机版在合成中，起始分子(底物分子)通过各种化学反应被用来构建新的分子(产物)。manbet手机版今年的诺贝尔化学奖颁发给了这一领域的研究人员。manbet手机版三位获奖者为有机化学中的两类重要反应——氢化反应和氧化反应开发了手性催化剂。

manbet手机版诺尔斯的开创性工作

manbet手机版在60年代早期，人们还不知道催化不对称氢化是否可行，即是否有可能催化不对称反应来产生过量的一种对映体?manbet手机版这一突破发生在1968年，当时威廉·s·诺尔斯(William S. Knowles)在美国圣路易斯的孟山都公司工作。manbet手机版他发现，可以使用过渡金属生产一种手性催化剂，将手性转移到非手性底物上，得到手性产物。manbet手机版人们的反应是manbet手机版加氢manbet手机版H中的氢原子_{manbet手机版2}manbet手机版都以双键的形式加到碳上。manbet手机版一个单一的催化剂分子可以产生数百万个所需的对映体分子。

manbet手机版诺尔斯的实验是基于几年前的两个发现。manbet手机版1966年，奥斯本和威尔金森发表了他们开创性的可溶过渡金属络合物的合成(图3中的a)，这使得在溶液中催化氢化成为可能。manbet手机版它们的金属配合物不具有手性。manbet手机版配合物的中心是过渡金属铑，它结合了四个基团，配体:三个三苯基膦分子和一个氯。

manbet手机版诺尔斯的开创性工作所基于的第二个发现是霍纳和米斯洛对手性膦的合成，例如图3所示的对映体B。manbet手机版诺尔斯的假设是有可能制造出一种催化剂manbet手机版不对称manbet手机版如果奥斯本和威尔金森金属配合物(A)中的三苯基膦基被手性膦的对映异构体之一取代，则会发生氢化。

manbet手机版诺尔斯最初使用的磷化氢不是对映体纯的，但它产生的混合物中，一种对映体比另一种对映体多15%。manbet手机版换句话说，对映体过剩是15%

manbet手机版虽然这种过量是适度的，几乎没有任何实际用途，结果证明，它实际上是可能实现催化不对称氢化。manbet手机版其他科学家(霍纳、卡根、莫里森和波什尼奇)不久之后也得出了类似的结果，他们都为打开一个新的、令人兴奋的、重要的学术和工业研究领域的大门做出了贡献。

manbet手机版第一个工业催化不对称合成

manbet手机版诺尔斯的目标是开发一种工业合成氨基酸L-DOPA的方法，这种方法已被证明对治疗帕金森氏症有用——a . Carlsson因此获得了去年的诺贝尔生理学或医学奖。manbet手机版通过测试具有不同结构的磷化氢的对映体，诺尔斯和他的同事们很快成功地生产出了可用的催化剂，提供了大量的对映体过剩，主要是L-DOPA。

manbet手机版后来用于孟山都工业合成L-DOPA的配体是二膦配体DiPAMP。manbet手机版与该配体的铑络合物(图4)给出了100%收率的DOPA对映异构体混合物。manbet手机版L-DOPA含量为97.5%。manbet手机版这样，诺尔斯在很短的时间内就成功地应用了他自己和其他人的基础研究，创造了一种药物的工业合成。manbet手机版这是第一次催化不对称合成。manbet手机版它已经被许多其他国家所继承。

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manbet手机版图4。manbet手机版在诺尔斯及其同事开发的L-DOPA工业合成中，化合物C被用作起始材料。manbet手机版在手性氢化反应中使用了DiPAMP的一种对映体。manbet手机版对映体D占产物的97.5%，经D酸水解得到L-DOPA。

manbet手机版手性催化剂分子是如何工作的?

manbet手机版催化剂分子本身在不对称氢化反应中起什么作用?manbet手机版无机化学家J. Halpern和其他人的研究已经阐明了反应机理。manbet手机版过渡金属，比如图4中的铑，它能结合手性二膦，同时能结合两种氢_{manbet手机版2}manbet手机版和底物。manbet手机版然后反应得到的络合物H_{manbet手机版2}manbet手机版被添加到衬底的双键上。manbet手机版这是至关重要的氢化阶段，当一个新的手性络合物形成，手性产物由此释放。manbet手机版因此，从基板manbet手机版不manbet手机版手性已经从手性催化剂转移到了产物上。manbet手机版该产物含有一种对映体多于另一种对映体，即合成不对称。

manbet手机版对映体过剩的原因可以在氢化阶段找到，因为氢可以以两种方式加入，以不同的速度得到不同的对映体。manbet手机版这两种途径利用不同的过渡复合物，它们不是镜像，因此具有不同的能量。manbet手机版通过能量最低的复合物，氢化反应发生得更快，从而产生过量的一种对映体。manbet手机版这可以与握手时的手进行比较(图5)。两只右手握手时的手比右手和左手握手时的手更匹配。

manbet手机版在开发更好的不对称加氢催化剂时，重要的是增加过渡配合物之间的能量差，从而获得更大的对映体过剩。manbet手机版这在工业应用中是至关重要的，其目的是在过程中实现经济和环境可接受的方法，即尽可能少的废物。manbet手机版这一进展由今年的另一位化学奖得主野依良治(Ryoji Noyori)领导。

manbet手机版Noyori的一般氢化催化剂

manbet手机版日本科学家野依良治进行了广泛而深入的研究，开发出了更好、更通用的加氢催化剂。manbet手机版他的研究结果非常重要。

manbet手机版1980年，Noyori和同事发表了一篇关于合成二膦配体BINAP的两种对映体的文章(图6)。它们与铑配合物催化合成某些对映体过剩高达100%的氨基酸。manbet手机版自20世纪80年代初以来，Takasago International公司在手性芳香物质薄荷醇的工业合成中使用BINAP。

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manbet手机版图6。manbet手机版Noyori的有用的BINAP的两个对映异构体与一个立体选择性酮还原的例子一起显示，其中酯功能保持完整。

manbet手机版但Noyori也认为需要更广泛应用的通用催化剂。manbet手机版例如，用铑(Rh(I))交换另一种过渡金属钌(Ru(II))被证明是成功的。manbet手机版钌(II)-BINAP配合物氢化许多类型的分子与其他官能团。manbet手机版这些反应提供了高对映体过剩和高产率，并可扩大用于工业用途。manbet手机版Noyori的Ru-BINAP被用作催化剂，用于生产(manbet手机版Rmanbet手机版) 1,2-丙二醇，用于工业合成一种抗生素，左氧氟沙星。manbet手机版类似的反应也用于其他抗生素的合成。manbet手机版图6给出了一个立体选择性酮还原的例子。

manbet手机版Noyori的催化剂广泛应用于精细化学品、制药产品和新型先进材料的合成。

manbet手机版夏普莱斯手性催化氧化

manbet手机版除了手性催化氢化反应的进展，Barry Sharpless还为其他重要反应开发了相应的手性催化剂，manbet手机版氧化反应。manbet手机版氢化反应会因为双键饱和而去掉一个官能团，而氧化则会增加官能团的功能。manbet手机版这为构建新的复杂分子创造了新的可能性。

manbet手机版夏普莱斯意识到，对不对称氧化的催化剂的需求非常大。manbet手机版对于如何实现这些目标，他也有自己的想法。manbet手机版他有几个重要的发现，手性环氧化反应就是例证。manbet手机版1980年，他成功地进行了实验，提出了一种催化不对称氧化烯丙醇合成手性环氧化合物的实用方法。manbet手机版该反应利用了过渡金属钛(Ti)和手性配体，并获得了高对映体过剩。manbet手机版环氧化合物是各种合成方法中有用的中间产物。manbet手机版这种方法为巨大的结构多样性开辟了道路，在学术和工业研究中都有非常广泛的应用。manbet手机版环氧化物的合成(manbet手机版Rmanbet手机版)-甘油醇如图7所示。

manbet手机版甘氨酸醇在制药工业中被用于生产β -受体阻滞剂，后者被用作心脏药物。manbet手机版许多科学家认为夏普莱斯的环氧化反应是过去几十年合成领域最重要的发现。

manbet手机版后果和应用

manbet手机版今年诺贝尔奖得主开创性工作的许多应用已经被讨论过了。manbet手机版特别重要的是要强调他们的发现和改进对工业的重大意义。manbet手机版新药是最重要的应用，但我们也可能提到调味剂和甜味剂以及杀虫剂的生产。manbet手机版今年的诺贝尔化学奖表明，从基础研究到工业应用有时是很短的一步。

manbet手机版在世界各地，许多研究小组正忙于开发其他催化不对称合成，这些合成受到了诺贝尔奖获得者的发现的启发。manbet手机版他们的发现为学术研究提供了许多重要的工具，从而促进了研究的更快进展——不仅在化学领域，而且在材料科学、生物学和医学领域。manbet手机版他们的工作为研究分子世界中迄今尚未发现和无法解释的现象提供了所需的新分子。

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manbet手机版获奖者

manbet手机版威廉·s·诺尔斯
manbet手机版84岁，生于1917年(美国公民)。manbet手机版1942年哥伦比亚大学博士。manbet手机版此前就职于美国圣路易斯的孟山都公司。manbet手机版1986年退休。

manbet手机版主席Ryoji Noyori
manbet手机版63岁，1938年生于日本神户(日本公民)。manbet手机版1967年获京都大学博士学位。manbet手机版1972年起担任名古屋大学化学教授，2000年起担任日本名古屋大学材料科学研究中心主任。

manbet手机版巴里·夏普莱斯
manbet手机版60岁，1941年生于美国宾夕法尼亚州费城(美国公民)。manbet手机版1968年斯坦福大学博士。manbet手机版1990年起担任美国拉霍亚斯克里普斯研究所化学教授。