2021诺贝尔化学奖两位得主为中国培养了至少40位青年才俊

TOP前言
“TOP大学来了”小编，10月6日，2021年诺贝尔化学奖揭晓，两位化学家本亚明·利斯特（Benjamin List）和戴维·麦克米伦（David MacMillan）摘得桂冠，获奖原因为“在不对称有机催化方面的发展”。
“TOP大学来了”小编了解到，这两位诺奖得主与中国都有着颇深的缘分，为中国化学界培养至少40位青年才俊。南京大学化学化工学院程旭教授和朱少林教授分别在本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦课题组做过博士后。其中本亚明·利斯特现有团队成员朱晨丹毕业于南京大学。
诺奖得主为中国化学界培养不少人才
诺奖得主学生毕业于南大
" 其实两位获奖者本亚明 · 利斯特和戴维 · 麦克米伦都来过南京大学做讲座、交流，为中国化学界培养了很多人才，估计至少有 40 人，2018 年，当时我邀请利斯特来南大，还向他推荐过一名学生，他现在就在利斯特团队中。" 南京大学化学化工学院教授史壮志说。
记者第一时间联系上了这名学生，他叫朱晨丹，正在德国为利斯特教授庆祝。他告诉记者，"生活中，利斯特教授是一个非常和蔼的人，没有架子，甚至有点爱玩。但他对于科研的结果很严格、严谨。对于我们学生，他一般给定方向，让我们自由发挥，不会有太大压力，遇到困难也会指点和鼓励。"
除此之外，南京大学化学化工学院程旭教授和朱少林教授在博士后工作期间，本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦是他们各自的导师。

Benjamin List（本亚明 · 利斯特）：1968 年出生于德国法兰克福，现供职于德国马克斯 · 普朗克煤炭研究所。
David MacMillan（戴维 · 麦克米伦）：1968 年出生于英国，已加入美国籍，现供职于美国普林斯顿大学。
治病药物分子的“镜像孪生”有毒？
不对称催化“只取所需”
制药、工业生产等很多领域都依赖于化学家构建分子的能力，但这些工作都需要催化剂的参与。在化学反应中，催化剂可以控制和加速反应，但不会成为最终产物的一部分。
什么是不对称催化？不对称催化反应是现代合成化学研究的难点，在材料和制药等方面却至关重要。南京大学化学化工学院朱少林教授科普道，“正如人有左右手，互为镜像的手性分子有R构型，就有S构型，两者像照镜子一样对称，却无法重合。”由于生物体内酶和受体具有手性，能选择性识别不同构性的药物分子，所以导致我们熟悉的一些手性药物分子，其镜像化合物可能没有药效，甚至可能是毒药，因此，在制药业，用不对称催化方法制备手性化合物有重要的意义。
南京大学化学化工学院程旭教授说，在不对称催化被发现之前，许多药物都包含一个分子的两个镜像。其中一个是活跃的，而另一个有时会产生不良影响。一个灾难性的例子是上世纪60年代的沙利度胺“海豹儿”事件，沙利度胺中混合的一个镜像，导致数千个发育中的胚胎婴儿严重畸形。通过不对称催化，可以生产出我们所需构型的药物，而避免有毒镜像的药物。
一直以来，化学家通过两种不对称催化方法制备手性化合物，一种是利用过渡金属复合物，另一种则依靠生物酶(即生物催化剂)。“这也是化学界的两大研究领域，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。”朱少林说。
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。
有机催化应用于不对称催化后
该领域“大火”了10年以上
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”了十多年，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超过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，之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。”
在2010年-2013年，朱少林在美国普林斯顿大学从事博士后研究，戴维·麦克米伦是他的导师。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。”
脯氨酸代替金属
催化剂成本降低了1-2个数量级
2005年-2008年，程旭教授在德国马克斯·普朗克煤炭研究所工作。他对本亚明·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，他给我列了个三个方向，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。”
最早在上世纪初，就有文献记载德国人使用手性催化剂进行不对称催化的实验。很多科学家都取得了重要里程碑的进展，在这些工作里面用到的大多利用过渡金属，如钌，铑、钯、铱作为催化反应的核心，“但过渡金属成本比较高，而且几乎是不可再生资源”。程旭说，利斯特开始思考酶的实际工作原理，酶通常是由数百种氨基酸构成的巨大分子，是不是几个氨基酸分子就够了？上世纪70 年代初就有研究使用一种叫做脯氨酸的氨基酸作为催化剂，利斯特很敏感地发现，这个专利研究并没有完全发挥出脯氨酸的潜力，他进行了进一步的尝试，并取得了巨大成功。
“脯氨酸是人或动物代谢过程中一种基本的氨基酸，成本极其便宜，一克不过几角钱，比起金属来，催化剂的成本降低了起码1-2个数量级。” 程旭介绍说，利斯特测试了脯氨酸是否可以驱动不对称催化，结果出人意料的好，催化效果非常之高，“脯氨酸的重要优势不仅在于操作简便，便宜高效，更在于其无毒性，不会对人体造成任何副作用。”
审核、编辑：大可
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