专访马大为院士：新科诺奖不对称有机催化为合成提供重要手段( 二 )

有机催化剂通常由简单的分子组成。以前，在化工生产过程中，每一个中间产物都需要分离和提纯，否则副产品的体积会很大，这导致在化学结构的每一步都有一些物质流失。而有机催化剂可以导致一些串联过程，相对来说在生产过程中的几个步骤可以连续执行，可大大减少化学制造中的浪费。
比如1952年第一次合成名为“马钱子碱”的毒素时，需要29种不同的化学反应，只有0.0009%的初始物质形成马钱子碱，剩下的都浪费了。 2011年，当研究人员利用有机催化和级联反应，只需12步就能生产马钱子碱，生产效率提高了7000倍。
利用有机催化，研究人员可以相对简单地制造大量不同的不对称分子，例如可以人工生产具有潜在疗效的物质，否则只能从稀有植物或深海生物中少量分离出来。
在制药公司，这种方法也被用来简化现有药品的生产，包括生产用于治疗焦虑和抑郁的帕罗西汀，以及用于治疗呼吸道感染的抗病毒药物奥司他韦。
“我们自己也合成过一些天然产物，那是在实验室做的，用有机小分子催化剂来做一个很关键的中间体。我们也做过一种抗抑郁的药，已经进行了吨级的试生产，其中关键一步就是用有机小分子不对称催化反应。 ”马大为对澎湃新闻（www.thepaper.cn）表示。
传统催化剂金属与酶之外，如何找到第三种更简单的催化剂
本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦开发的分子构建工具——有机催化可用于新药物的研究，还有助于使化学更环保。两人提出的不对称有机催化概念既简单又精彩，事实上，很多人都在惊叹为什么没有早点想到。
催化剂可以控制、加速化学反应，而不会成为最终产物的一部分。 19世纪，当化学家们开始探索不同化学物质相互作用的方式时，他们有了一些奇怪的发现。例如，如果把银和过氧化氢放在烧杯中，过氧化氢突然开始分解成水和氧气，但启动这一过程的银完全不受反应的影响。
1835年，瑞典著名化学家JacobBerzelius发现了其中一个规律，在瑞典皇家科学院的年度报告中，他写道，有一种新的“力量”可以“引起化学活动” 。他列举了几个例子来说明只有一种物质的存在才会引发化学反应，他认为这种物质具有催化力，并把这种现象本身称为催化。
实际上，在2000年之前发现的所有催化剂，要么是金属，要么是酶。而本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦在2000年开发了第三类催化剂。依靠有机小分子，不对称有机催化的新型催化模式诞生了。
酶由数百种氨基酸组成，但通常只有少数氨基酸参与化学反应。本杰明·李斯特跳出常规思维：氨基酸必须是酶的一部分才能催化化学反应吗?一个氨基酸或其他类似的简单分子能做同样的工作吗?
于是，他测试了一种名为脯氨酸的氨基酸是否能催化化学反应，发现脯氨酸不仅是一种高效的催化剂，还可以驱动不对称催化。与金属和酶相比，脯氨酸是化学家梦寐以求的工具，它是一种非常简单、便宜、环保的分子。

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酶由数百种氨基酸组成，但通常只有少数氨基酸参与化学反应。本杰明·李斯特测试了一种名为脯氨酸的氨基酸是否能催化化学反应，并发现其表现出色，脯氨酸有一个氮原子，可以在化学反应中提供和容纳电子。
2000年2月，本杰明·李斯特在发表他的发现时，认为不对称有机催化充满机遇， “这些催化剂的设计和筛选是我们未来的目标之一。 ”