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manbet手机版他们的工具彻底改变了分子的构造

manbet手机版化学家可以通过将小的化学积木连接在一起来创造新分子，但是控制不可见的物质使它们以想要的方式结合是困难的。manbet手机版本杰明列表manbet手机版而且manbet手机版大卫·麦克米伦manbet手机版被授予2021年诺贝尔化狗万世界杯学奖，因为他们开发了一种新的、巧妙的分子构建工具:有机催化。manbet手机版它的用途包括研究新的药物，也有助于使化学更环保。

manbet手机版许多行业和研究领域都依赖于化学家构建新分子和功能分子的能力。manbet手机版这些物质可以是任何东西，从在太阳能电池中捕获光线或在电池中储存能量的物质，到可以制造轻便跑鞋或抑制体内疾病进展的分子。

manbet手机版然而，如果我们把大自然制造化学产物的能力与我们自己的能力进行比较，我们就会发现我们长期停留在石器时代。manbet手机版进化产生了令人难以置信的特殊工具，酶，用来构建赋予生命形状、颜色和功能的分子复合物。manbet手机版最初，当化学家们分离出这些化学杰作时，他们只是羡慕地看着它们。manbet手机版他们自己的分子构建工具箱里的锤子和凿子既钝又不可靠，所以当他们复制自然产物时，往往会产生大量不需要的副产品。

manbet手机版精细化学的新工具

manbet手机版化学家在他们的工具箱中加入的每一个新工具都提高了分子结构的精确度。manbet手机版慢慢地，化学已经从石头上的凿刻发展成一种更像精细工艺的东西。manbet手机版这给人类带来了巨大的好处，其中一些工具获得了诺贝尔化学奖。狗万世界杯

manbet手机版这项被授予2021年诺贝尔化学奖的发现将分子结构提升到了狗万世界杯一个全新的水平。manbet手机版它不仅使化学更环保，而且使生产更容易manbet手机版不对称的分子manbet手机版．manbet手机版在化学构造过程中，经常会出现两种分子形成的情况，它们就像我们的手一样，是彼此的镜像。manbet手机版化学家通常只想要这些镜像中的一个，特别是在生产药品时，但一直很难找到有效的方法来做到这一点。manbet手机版由Benjamin List和David MacMillan提出的概念——不对称有机催化——既简单又聪明。manbet手机版事实上，很多人都想知道为什么我们没有早点想到这一点。

manbet手机版为什么?manbet手机版这不是一个容易回答的问题，但在我们尝试之前，我们需要快速回顾一下历史。manbet手机版我们将定义这些术语manbet手机版催化manbet手机版而且manbet手机版催化剂manbet手机版并为2021年诺贝尔化学奖奠定了基础。狗万世界杯

manbet手机版催化剂加速化学反应

manbet手机版19世纪，当化学家们开始探索不同化学物质之间的相互反应方式时，他们有了一些奇怪的发现。manbet手机版例如，如果他们把银和过氧化氢(H_{manbet手机版2}manbet手机版O_{manbet手机版2}manbet手机版)，过氧化氢突然开始分解成水(H_{manbet手机版2}manbet手机版O)和氧(O_{manbet手机版2}manbet手机版)．manbet手机版但是启动反应的银似乎完全没有受到反应的影响。manbet手机版同样，从发芽的谷物中获得的一种物质可以把淀粉分解成葡萄糖。

manbet手机版1835年，著名的瑞典化学家雅各布·贝采里乌斯(Jacob Berzelius)开始发现其中的规律。manbet手机版在描述物理和化学最新进展的瑞典皇家科学院年度报告中，他提到了一种可以“产生化学活动”的新“力”。manbet手机版他列举了几个例子，在这些例子中，仅仅是一种物质的存在就会引发化学反应，并说明这种现象比之前认为的要普遍得多。manbet手机版他相信这种物质有一种manbet手机版催化力manbet手机版并称之为现象本身manbet手机版催化manbet手机版．

manbet手机版催化剂可以生产塑料、香水和美味的食物

manbet手机版自贝采里乌斯时代以来，化学家的移液管中已经流过大量的水。manbet手机版他们已经发现了许多可以分解分子或将分子结合在一起的催化剂。manbet手机版多亏了这些技术，他们现在可以加工出我们日常生活中使用的成千上万种不同的物质，比如药品、塑料、香水和食品调味品。manbet手机版事实是，据估计，世界国内生产总值的35%在某种程度上与化学催化有关。

manbet手机版原则上，2000年以前发现的所有催化剂都属于两类:要么是金属，要么是酶。manbet手机版金属通常是极好的催化剂，因为它们有一种特殊的能力，可以在化学过程中暂时容纳电子或将电子提供给其他分子。manbet手机版这有助于松开分子中原子之间的键，因此原本牢固的键可以被打破，从而形成新的键。

manbet手机版然而，一些金属催化剂的一个问题是，它们对氧和水非常敏感，因此，为了使这些催化剂工作，它们需要一个无氧和潮湿的环境。manbet手机版这在大型工业中很难实现。manbet手机版此外，许多金属催化剂都是重金属，对环境有害。

manbet手机版生命的催化剂具有惊人的精确度

manbet手机版第二种催化剂由酶这种蛋白质组成。manbet手机版所有生物都有成千上万种不同的酶，它们驱动生命所必需的化学反应。manbet手机版许多酶都是不对称催化的专家，原则上，总是在可能的两个镜像中形成一个镜像。manbet手机版他们也会并肩工作;manbet手机版当一种酶完成反应后，另一种酶就会取而代之。manbet手机版通过这种方式，它们可以以惊人的精确度构建复杂的分子，如胆固醇、叶绿素或叫做马钱子碱的毒素，这是我们所知道的最复杂的分子之一(我们将回到这个话题)。

manbet手机版由于酶是如此高效的催化剂，20世纪90年代的研究人员试图开发新的酶变体，以驱动人类所需的化学反应。manbet手机版在南加州斯克里普斯研究所(Scripps research Institute)，由已故的卡洛斯·f·巴尔巴斯三世(Carlos F. Barbas III)领导的一个研究小组正在从事这方面的工作。manbet手机版本杰明·利斯特(Benjamin List)在巴尔巴斯的研究小组担任博士后职位时，一个导致今年诺贝尔化学奖背后发现之一的绝妙想法诞生了。

manbet手机版本杰明·利斯特跳出了思维定势……

manbet手机版本杰明·利斯特manbet手机版催化抗体manbet手机版．manbet手机版通常情况下，抗体会附着在我们体内的外来病毒或细菌上，但斯克里普斯大学的研究人员重新设计了抗体，这样它们就可以驱动化学反应。

manbet手机版在研究催化抗体的过程中，本杰明·利斯特开始思考酶的工作原理。manbet手机版它们通常是由数百个氨基酸组成的大分子。manbet手机版除了这些氨基酸，很大一部分酶也含有有助于推动化学过程的金属。manbet手机版但是——这就是问题的关键——许多酶在没有金属的帮助下催化化学反应。manbet手机版相反，反应是由酶中的一个或几个单独的氨基酸驱动的。manbet手机版本杰明·李斯特的开箱问法是:氨基酸必须是酶的一部分才能催化化学反应吗?manbet手机版或者一个氨基酸，或者其他类似的简单分子，可以做同样的工作吗?

manbet手机版产生了革命性的结果

manbet手机版他知道20世纪70年代早期的一项研究表明一种氨基酸叫做manbet手机版脯氨酸manbet手机版被用作催化剂，但那是25年前的事了。manbet手机版当然，如果脯氨酸真的是一种有效的催化剂，有人会继续研究它吗?

manbet手机版这或多或少是本杰明·利斯特的想法;manbet手机版他认为，之所以没有人继续研究这一现象，是因为它没有发挥特别好的作用。manbet手机版在没有任何实际期望的情况下，他测试了脯氨酸是否能催化manbet手机版醇醛反应manbet手机版，即来自两个不同分子的碳原子结合在一起。manbet手机版这是一个简单的尝试，但令人惊讶的是，它立刻奏效了。

manbet手机版本杰明·利斯特赌上了自己的未来

manbet手机版通过他的实验，Benjamin List不仅证明了脯氨酸是一种高效的催化剂，而且还证明了这种氨基酸可以驱动不对称催化。manbet手机版在两种可能的镜像中，其中一种比另一种更容易形成。

manbet手机版与之前测试过脯氨酸作为催化剂的研究人员不同，本杰明·利斯特(Benjamin List)了解它可能具有的巨大潜力。manbet手机版与金属和酶相比，脯氨酸是化学家梦寐以求的工具。manbet手机版它是一种非常简单、廉价和环保的分子。manbet手机版当李斯特在2000年2月发表他的发现时，他将有机分子的不对称催化描述为一个具有许多机会的新概念:“这些催化剂的设计和筛选是我们未来的目标之一。”

manbet手机版然而，他并不是唯一这样做的人。manbet手机版在加州北部的一个实验室里，大卫·麦克米伦也在朝着同样的目标努力。

manbet手机版大卫·麦克米伦抛弃了敏感金属…

manbet手机版两年前，大卫·麦克米伦从哈佛大学转到了加州大学伯克利分校。manbet手机版在哈佛大学，他曾致力于利用金属改进不对称催化。manbet手机版这是一个吸引了许多研究人员关注的领域，但大卫·麦克米伦指出，开发出来的催化剂很少在工业上使用。manbet手机版他开始思考其中的原因，并认为这些敏感金属的使用难度太大，成本太高。manbet手机版在实验室中实现一些金属催化剂所需的无氧和无湿条件相对简单，但在这种条件下进行大规模工业制造则比较复杂。

manbet手机版他的结论是，如果他正在开发的化学工具是有用的，他需要重新思考。manbet手机版所以，当他搬到伯克利时，他就把金属抛在脑后了。

manbet手机版并开发了一种更简单的催化剂

manbet手机版相反，大卫·麦克米伦开始设计简单的有机分子——就像金属一样——可以暂时提供或容纳电子。manbet手机版这里，我们需要定义什么manbet手机版有机分子manbet手机版简而言之，这些分子构成了所有生物。manbet手机版它们有一个稳定的碳原子骨架。manbet手机版活性化学基团附着在碳骨架上，它们通常含有氧、氮、硫或磷。

manbet手机版因此，有机分子由简单和普通的元素组成，但根据它们的组合方式，它们也可能具有复杂的性质。manbet手机版大卫·麦克米伦的化学知识告诉他，有机分子要催化他感兴趣的反应，就必须能够形成manbet手机版iminium离子manbet手机版．manbet手机版它包含一个氮原子，它对电子有固有的亲和性。

manbet手机版他选择了几种具有正确性质的有机分子，然后测试它们驱动一种manbet手机版一昼夜的manbet手机版- - - - - -manbet手机版桤木manbet手机版反应manbet手机版化学家用它来构建碳原子环。manbet手机版正如他所希望和相信的那样，它非常成功。manbet手机版有些有机分子在不对称催化方面也很出色。manbet手机版在两种可能的镜像中，其中一种包含了90%以上的产品。

manbet手机版大卫·麦克米伦创造了有机催化这个术语

manbet手机版当大卫·麦克米伦准备发表他的研究成果时，他意识到自己发现的催化概念需要一个名字。manbet手机版事实上，研究人员之前已经成功地利用小有机分子催化化学反应，但这些都是孤立的例子，没有人意识到这种方法可以推广。

manbet手机版大卫·麦克米伦想找到一个术语来描述这种方法，这样其他研究人员就会明白还有更多的有机催化剂有待发现。manbet手机版他的选择是manbet手机版organocatalysismanbet手机版．

manbet手机版2000年1月，就在本杰明·李斯特发表他的发现之前，大卫·麦克米伦在一份科学杂志上提交了他的手稿。manbet手机版引言中写道:“在此，我们介绍了一种新的有机催化策略，我们预计该策略将适用于一系列不对称转化。”

manbet手机版有机催化的应用已经蓬勃发展

manbet手机版本杰明·利斯特和大卫·麦克米伦彼此独立，发现了催化的一个全新概念。manbet手机版自2000年以来，这一领域的发展几乎可以被比作淘金热，而李斯特和麦克米伦一直保持着领先地位。manbet手机版他们设计了大量廉价而稳定的有机催化剂，这些催化剂可以用来驱动各种各样的化学反应。

manbet手机版有机催化剂不仅通常由简单分子组成，在某些情况下——就像自然界的酶一样——它们可以在传送带上工作。manbet手机版以前，在化工生产过程中，必须对每个中间产物进行分离和提纯，否则副产物的体积就会太大。manbet手机版这导致在化学构造的每一步都损失了一些物质。

manbet手机版有机催化剂要宽容得多，因为相对来说，生产过程中的几个步骤可以在一个连续的顺序中执行。manbet手机版这就是所谓的级联反应，它可以大大减少化学制造中的浪费。

manbet手机版现在马钱子碱的合成效率提高了7000倍

manbet手机版有机催化如何导致更有效的分子结构的一个例子是合成天然的、复杂得惊人的士的宁分子。manbet手机版许多人会从神秘谋杀女王阿加莎·克里斯蒂的书中认出马钱子碱。manbet手机版然而，对于化学家来说，马钱子碱就像一个魔方:一个你想用尽可能少的步骤解决的挑战。

manbet手机版当马钱子碱在1952年首次被合成时，它需要29种不同的化学反应，只有0.0009%的初始物质形成了马钱子碱。manbet手机版其余的都被浪费了。

manbet手机版2011年，研究人员利用有机催化和级联反应，仅用12步就能合成马钱子碱，生产过程效率提高了7000倍。

manbet手机版有机催化在制药生产中是最重要的

manbet手机版有机催化对医药研究产生了重大影响，医药研究经常需要不对称催化。manbet手机版在化学家能够进行不对称催化之前，许多药物都含有一个分子的两个镜像;manbet手机版其中一种是活跃的，而另一种有时会产生不良影响。manbet手机版一个灾难性的例子是20世纪60年代的沙利度胺丑闻，其中沙利度胺药物的一个镜像导致数千个发育中的人类胚胎严重畸形。

manbet手机版利用有机催化，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。manbet手机版例如，他们可以人工生产潜在的治疗物质，否则只能从稀有植物或深海生物中分离出少量的物质。

manbet手机版在制药公司，这种方法也被用于简化现有药品的生产。manbet手机版这方面的例子包括manbet手机版帕罗西汀manbet手机版后者用于治疗焦虑和抑郁，还有抗病毒药物manbet手机版奥司他韦manbet手机版该药物用于治疗呼吸道感染。

manbet手机版简单的想法往往是最难想象的

manbet手机版关于如何使用有机催化，我们可以列举出成千上万的例子，但为什么没有人更早地提出这个简单、绿色和廉价的不对称催化概念呢?manbet手机版这个问题有很多答案。manbet手机版一是简单的想法往往是最难想象的。manbet手机版我们的观点被世界如何运行的强烈先入为主的观念所遮蔽，比如认为只有金属或酶才能推动化学反应。manbet手机版本杰明·利斯特和大卫·麦克米伦成功地突破了这些先入之见，找到了一个巧妙的解决方案，解决了化学家们纠结了几十年的问题。manbet手机版因此，有机催化剂正在为人类带来最大的利益。

manbet手机版进一步的阅读

manbet手机版有关今年奖项的其他信息，包括英文的科学背景，可在瑞典皇家科学院网站www.kva.se和www.dokicam.com上查阅，在那里您可以观看新闻发布会、诺贝尔演讲等的视频片段。manbet手机版有关诺贝尔奖和经济学奖的展览和活动的信息，请访问www.nobelprizemuseum.se狗万世界杯

manbet手机版瑞典皇家科学院决定将2021年诺贝尔化学奖授予狗万世界杯

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manbet手机版1968年生于德国法兰克福。
manbet手机版1997年获得德国歌德大学博士学位
manbet手机版法兰克福,德国。manbet手机版主任
manbet手机版Max-Planck-Institut皮毛Kohlenforschung,
manbet手机版Mülheim an der Ruhr德国。

manbet手机版大卫厕所麦克米伦
manbet手机版1968年出生于英国贝尔希尔。manbet手机版1996年博士。
manbet手机版来自美国加州大学欧文分校。
manbet手机版美国普林斯顿大学教授。

manbet手机版“发展不对称有机催化”

manbet手机版科学编辑:manbet手机版Peter Brzezinski, Peter Somfai, Johan Åqvist，诺贝尔化学委员会
manbet手机版文本:manbet手机版安Fernholm
manbet手机版翻译:manbet手机版克莱尔巴恩斯
manbet手机版插图manbet手机版:©Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院
manbet手机版编辑器:manbet手机版莎拉Gustafsson
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