一直以来，许多领域都在使用分子的能力，这些分子要么可组成富有弹性和耐用的材料，要么可将能量储存在电池中，要么可抑制疾病发展，但是都得用催化剂。

我们在初中就学过，催化剂能控制和加速化学反应，但它不会成为最终产品的一部分，比如汽车使用催化剂将废气中的有毒物质转化为无害分子，人类身体也包含数千种以酶的形式存在的催化剂。可以说，催化剂是化学家的基本工具。长期以来科学家们认为，原则上只有两种类型的催化剂：金属和酶。

(来源：诺贝尔奖委员会官方网站)

本世纪初，李斯特和麦克米兰各自独立开发出第三种催化形式：建立在小型有机分子上的“不对称有机催化”。此次获奖，诺贝尔化学委员会主席约翰·阿奎斯特（Johan Åqvist）也表示：“这个催化概念既简单又巧妙，事实上很多人都觉得，为什么我们没有早点想到它。”

谈起有机催化的“前世今生”，中国科学技术大学教授曾杰告诉 DeepTech，碳元素为骨架的有机化合物构建起了庞大的有机化学体系，各种不同类型异构体的存在，更是让有机化合物的家族变得更加庞大。

对于具有四面体构型的 sp3 杂化碳原子，在连接了四个不同的基团时，就获得了内在的不对称性——手性(chirality)，对应的手性异构体就像我们的左右手，虽然空间对称却完全无法重合。

在很多天然分子中，往往有多个手性碳原子。但实际上，研究人员需要具有特定功能的异构体，却可能仅有一种，如何控制手性化合物的合成成为了一个巨大的挑战。

比如，马钱子碱仅含有 6 个手性碳原子，但是在首次合成它的工作中，却经历了 29 步，产率也只有 0.0009%。

因此，科学家也在不断开创新方法，去优化提高手性化合物的产率。相关领域——不对称加氢/氧化反应，也在 2001 年获得过诺贝尔奖，这也是不对称合成领域发展路上的一块里程碑。

(来源：诺贝尔奖委员会官方网站)

对于传统催化来说，科学家普遍认为高活性的催化剂只存在于金属基和酶基体系中。虽然科学家在众多反应中用金属基催化剂成功合成了很多产物，但是酶催化体系的高选择性和高效率也给科学家了新的指导思路，是否能把酶中起活性的部分简化成小分子？

于是诞生了新的领域，有机小分子不对称合成。科学家一开始的目光也是限定在金属中心的有机小分子，但是在 2001 年，两篇重要报道给有机小分子催化这个领域灌注了新的生命力。

李斯特等人报道了由脯氨酸经烯胺中间体介导的不对称 Aldol 反应；麦克米兰报道了由二级胺经亚胺正离子中间体介导的不对称 Diels-Aldol 反应。

这两篇无金属的有机小分子催化剂的报道成为了领域的开山之作，研究者也慢慢意识到这个催化体系具有传统金属有机催化剂不具有的优点：对潮湿环境不敏感、原件易得、成本低、易于保存、毒性较低。

基于烯胺和亚胺正离子的工作，科学家后续也开发出了各种合成方法和理论，合成了新的化合物。在这些璀璨的学术成果背后，便有着具有超前研究眼光的李斯特和麦克米兰的奠基作用。

事实上，“过渡金属催化的有机合成反应已被广泛应用于药物分子的开发中，而过渡金属残留问题一直是制药工业的一个痛点。受到酶催化的启发，2000 年李斯特和麦克米兰分别使用脯氨酸和手性咪唑作为催化剂，独立发展了 Enamine Catalysis 和 Iminium Catalysis 两个催化体系，建立了‘有机催化’的概念，并能实现多种不对称转化反应。随着不对称有机催化的发展，有机催化剂的效率也越来越高，并在很多方面都能完全媲美过渡金属催化剂。”南开大学化学学院助理研究员王浩告诉 DeepTech。

图丨本杰明·李斯特（ Benjamin List ）与王浩（来源：受访者）

浙江大学化学系教授陆展也表示，两位得主之所以获得诺奖，是因为这种催化剂没有金属，反而让有机小分子作为催化体。药物分子里面的金属残留属于较大的隐患，而使用有机小分子做催化反应时无需使用金属，因此不存在金属残留的问题。

而此次颁奖词中提到的精不精巧，对应的是不断催化的概念。具体来说，它可以用一个分子源源不断地产生手性。在自然界里，手性现象广泛存在，就像人的左手和右手一样，一般来说很难识别。这时选用一种催化剂，就可以很好地识别左手和右手，并且识别效率非常高