2021年10月7日 星期四

諾貝爾化學獎揭曉 德美2學者研究有機催化「讓化學更環保」

 

Kate Liu – Andante Spianato and Grande Polonaise Brillante in E flat major Op. 22 (second stage)

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【摘要2021.10.07..蘋果】2021年諾貝爾化學獎得主剛剛揭曉,共有2位學者合得這項殊榮,包括美國普林斯頓大學學者麥克米蘭David W.C. MacMillan)和德國的李斯特Benjamin List)兩人獲獎,獲獎原因是兩人在分子的構成領域建立一種精確且新式的工具:有機催化

他們開發「不對稱有機催化」研究的貢獻,可對製藥學產生重大影響,讓化學更環保(made chemistry greener),成本更低廉。

諾貝爾委員會指出,建構分子是一門艱難的藝術。李斯特與麥克米蘭獲獎原因是兩人在分子的構成建立一種精確且新式的工具:有機催化。這對製藥研究有重大影響,也讓化學變化更為環保。

也許一般民眾不會直接看到他們的研究,但這項發現對於許多產業與進一步的研究卻至關重要,化學家可以協助製造更有彈性、更耐久的原料,他們的研究可著於開發能源電池,或是抑制疾病惡化。而這一切的關鍵就是催化劑,催化劑不會變成成品,但可在製造過程加速其化學變化。

諾貝爾委員會舉例,催化劑可把有毒物質分解成無害的分子,人體中數以千計的不同酵素也是催化劑,能雕琢出生命所需的分子。

過去所知僅有兩種類型的催化劑,一種是金屬,另一種酵素。麥克米蘭和李斯特各自獨立的研究,都在2000年開發出第三種催化劑,它叫做「不對稱有機催化劑」,以小型的有機分子構成。

用酵素做催化劑,在生產過程會產生很多廢料,李斯特思考是否需要整個酵素才能取得催化劑,於是他用脯氨酸(Proline)這種胺基酸來實驗,嘗試催化化學效應,成果斐然。

麥克米蘭使用金屬當催化劑,但極容易被水氣所破壞,他思考用簡單的有機分子來研發一種耐久的催化劑,結果「不對稱催化劑」效果極佳。

諾貝爾委員會指出,這概念簡單而巧妙、可能很多人會想「我怎麼沒早想到這個」。

瑞典皇家科學院(Royal Swedish Academy of Sciences)發布聲明指出:「有機催化劑可用於驅動許多不同的化學反應。現在研究人員可以利用這些反應,更有效率地建構從新藥到太陽能電池光捕捉分子等任何東西。」新世代催化劑不但更環保且生產成本也更低廉,對製造諸如新的藥物、塑膠、香水和香料等至關重要。

仰賴有機小分子的「不對稱有機催化」被廣泛用於製藥業,簡化用於憂鬱症和呼吸道感染等藥物的生產過程。皇家科學院指出,有機催化能使製造過程中的數個步驟不間斷,大幅減少化學生產過程中的浪費。例如,2011年研究人員能夠將番木鱉鹼(strychnine)的生產過程效率提高7000倍,將其化學反應從29次減少到僅12次。

麥克米蘭1968年出生於英國蘇格蘭,先後於美國柏克萊加大、加州理工學院、哈佛大學研究、目前是普林斯頓大學教授,主要研究有機合成化學。

李斯特1968年出生於德國法蘭克福。任職於德國普朗克煤炭研究所。他主持的李斯特實驗室研究焦點是「開創能導致完美化學反應的新策略」。實驗室同仁在諾貝爾得主揭曉後已於推特上傳影片向「老板」道賀,推文寫道「開心得飛上天,恭喜」,影片中大家熱烈鼓掌。

去年諾貝爾化學獎得主是法國微生物學家夏彭提耶(Emmanuelle Charpentier)與美國柏克萊加大學者道納(Jennifer Doudna),得獎原因是開發被稱為「基因剪刀」的 CRISPR-Cas9技術。這兩位是諾貝爾化學獎少見的女性得主,加上夏彭提耶和道納,歷來僅有7位女性得到諾貝爾化學獎,第一位獲獎的女性是1911年諾貝爾化學獎得主居禮夫人。

今年度諾貝爾獎已先後揭曉生醫獎、物理學獎與化學獎,台灣時間明晚宣布文學獎得主,後天揭曉和平獎、下周一公布經濟學獎得主。

 

 

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