催化剂|无数人重复的实验为何成就今年的诺贝尔化学奖

■采访人员许琦敏
北京时间10月6日傍晚， 2021年诺贝尔化学奖揭晓：德国科学家本亚明·利斯特和美国科学家戴维·麦克米伦凭借对“不对称有机催化发展”的贡献而获得这一殊荣。他们的发明革新了人类合成分子的方式，对药物研究产生了巨大影响，并使化学更加绿色。
“这个催化概念既简单又巧妙，事实上，很多人都想知道为什么我们没有更早地想到它。 ”正如诺贝尔化学委员会主席约翰·奥克维斯特所言，两位新科诺奖得主给予科研的最大启迪在于：跳出思维定势，从习以为常中发现不寻常，大道亦至简。
不对称有机催化，构建分子的巧妙工具
构建分子是一门艰难的艺术。许多研究领域和行业都依赖于化学家构建分子的能力，这些分子可以形成性能特异的材料、构建高性能电池或是新药。而所有这些分子的构建通常都需要催化剂。
催化剂是化学家的基本工具，研究人员长期以来认为原则上只有两类催化剂可用：金属和酶。但本亚明和戴维在2000年独立开发了第三种催化剂——建立在有机小分子上，从而诞生了一个全新概念——“不对称有机催化” 。
中科院上海有机所研究员左智伟曾在戴维的实验室做博士后，他曾听导师提起过这一新发现的初衷：上世纪九十年代，金属催化剂已经非常成熟，然而这些催化剂价格高昂，且为了去除微量残余的重金属，增加了很多生产、环保、健康上的成本。于是，戴维很想另辟蹊径，找到一种价格低廉又环保的非金属催化剂。
几乎在同时，远在德国的本亚明也在做着类似的探索，最终两人同时为有机催化踢出了“临门一脚” ，开启了该领域的蓬勃发展。事实证明，有机催化不怕水、不怕氧气，且操作简单、价格低廉，深受工业界的欢迎。
著名有机化学家、中科院院士、上海交通大学常务副校长丁奎岭告诉采访人员，有机催化剂可用于驱动多种化学反应，尤其在药物领域， “在构建分子时，经常会出现手性分子，就像我们的左右手，看起来一模一样，却无法重合。但在制药时，一般只有其中一种有效，而另一种甚至会有毒副作用，不对称有机催化为我们获得优质高效的好药，作出了很大贡献” 。
“直到现在，他们两位仍是有机催化领域的领导者。 ”丁奎岭介绍，本亚明一直致力于提升有机催化的效率，而戴维则在光催化领域有了新的开拓——这同样也是诺奖级的工作。
跳出思维定势，创新思维不走寻常路
其实，本亚明与戴维获得诺奖的最基本工作，已经在过去几十年被无数人重复过无数次——用脯氨酸来做实验，可以说是每个学习有机化学的研究生必须掌握的技能。但是，谁又想到，在这习以为常的简单重复中，竟隐藏着开拓一个新领域的原创发现？
“氨基酸必须作为酶的一部分，才能催化化学反应吗？单个氨基酸，或类似的其他简单分子，是否也能起到相同的作用？在他们之前，谁也没想过。 ”丁奎岭说，这种跳出思维定势、不走寻常路的创新思维，值得所有科研工作者细心揣摩。
华东师范大学化学与分子工程学院教授周剑曾于2005年至2008年在本亚明的实验室攻读博士后。 “他从不加班，最欣赏的就是用轻松悠闲的态度去攻克科学难题。 ”在他记忆中，本杰明鼓励学生在喝酒、踢球、开会交流中充分自由探索， “他希望我们集中精力去思考最前沿、最顶尖同时也是自己喜欢的化学问题” 。
而戴维对于原创的追求，更加极致。在左智伟眼中，这位导师对科研的要求非常严格，至今只发了不到百篇论文， “有很多工作其实已经足以在国际一流期刊上发表，但他总是觉得这些工作没有足够原创性、对后续研究没有足够启发性、不能产生重要影响，因此，他宁可不发” 。