催化剂|2021年诺贝尔自然科学奖解读( 四 )_

2000年，本杰明·李斯特和大卫·麦克米兰相互独立地开发了第三种催化剂——有机小分子催化剂，这种有机小分子催化剂具有稳定的碳原子框架，可以附着更多的活性化学基团，从而实现较高的催化效率。许多种氨基酸就是性能较好的有机小分子催化剂，相对于昂贵、脆弱、污染较大的金属催化剂来说，有机小分子催化剂价格低廉、易于提取、适应性广，因此，一经发现就引起了学术界的广泛注意。
李斯特和麦克米兰开发的不对称有机催化，解决了手性有机物的高效合成问题。在有机物中存在两种手性分子，通常分为左手性和右手性。在进行合成时，这两种分子一般会同时出现。由于两种手性分子的化学性质通常是不同的，人们只希望得到某一种手性分子。
例如，对于某些特殊的药物而言，可能左手性分子是有效成分，但右手性分子则是有害成分。人们为了去除这种成分付出了巨大的努力，而使用不对称有机催化，许多反应便具有很好的专一性，使得合成结果基本只存在一种手性分子。诺贝尔化学委员会主席Johan Qvist说：“这种催化的概念既简单又巧妙，事实上，许多人都在想为什么我们没有更早地想到它。 ”
有机小分子催化剂也大大简化了某些分子的合成流程。以一种天然分子马钱子碱为例， 1952年，科学家首次实现人工合成时，使用了29个不同的化学反应，原材料的转化率只有0.0009% 。 2011年，在有机小分子催化剂的帮助下，只需12步就能实现人工合成，生产效率提高了7000倍。
当然，相关文献也指出了目前有机小分子催化剂的一些缺点，虽然其用途广泛、价格低廉、结构稳定，能够满足绿色化学的需求，但是与金属催化剂相比，有机小分子催化剂的催化效率仍稍逊一筹。因此，如何设计更高效的有机小分子催化剂仍是目前学界研究的重点方向。除此之外，在工业生产中有机小分子催化剂还尚未得到大规模应用。如何开发适合规模化、工业化生产的有机小分子催化剂，也是化学家们面临的共同挑战。
据统计，诺贝尔化学奖自1901年设立以来，除了某些特殊年份外，迄今已颁发了113次，共有188名科学家获此殊荣。其中，最年轻的诺贝尔化学奖得主是著名科学家玛丽·居里的女儿约里奥·居里，年仅35岁的她于1935年获奖。最年长的诺贝尔化学奖得主是约翰·古迪纳夫， 2019年他获奖时已97岁。
【催化剂|2021年诺贝尔自然科学奖解读】此外，唯一一名两次获得诺贝尔化学奖的科学家是弗雷德里克·桑格，他分别于1958年、1980年获奖。除此之外，有两名科学家曾获得过其他诺贝尔奖项：玛丽·居里， 1903年获诺贝尔物理奖、1911年获诺贝尔化学奖；莱纳斯·鲍林， 1954年获诺贝尔化学奖、1961年获诺贝尔和平奖。值得一提的是，莱纳斯·鲍林也是唯一一名两次均为单人获奖的获奖者。