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建構分子的巧妙方法

台灣科技媒體中心／翻譯

要建構分子是門困難的藝術，班傑明．李斯特（Benjamin List）和大衛．麥可米蘭（David W.C. MacMillan）因為發展出一項精準的「有機催化」（ organocatalysis）新工具來建構分子，獲頒2021年的諾貝爾化學獎。這項研究大大影響了藥物研究的發展，也讓化學製程得以更加環保。

許多研究領域和企業都依賴化學家構建分子的能力，各式各樣的分子可以形成彈性和耐用的材料、將能量儲存在電池中，或抑制疾病的進展。建構分子的過程近乎於藝術，而此一工作常需要催化劑才能完成，因為催化劑能夠控制和加速化學反應，而不會成為最終產品的一部分。例如，汽車排氣管中的催化劑將廢氣中的有毒物質轉化為無害的分子；我們的身體還包含了幾千種催化劑以酶的形式存在，它們是維繫生命的關鍵，合成生命所需要的各式各樣分子。

因此，催化劑是化學家的重要工具，過去研究人員認為原則上只有兩種催化劑可用：金屬和酶。李斯特和麥可米蘭受頒 2021年諾貝爾化學獎，因為他們在 2000 年左右分別獨立開發出了第三類催化劑，利用有機小分子作為催化劑，能夠進行不對稱有機合成反應的催化。

諾貝爾化學委員會主席約翰．艾克非斯特（ Johan Åqvist） 說：「有機催化劑這個概念既簡單又巧妙，事實上很多人都自問為什麼我沒有早點想到它。」

有機催化劑有一個穩定的碳原子框架，更活潑的化學基團可以附著其上。這些有機催化劑通常含有常見的元素，如氧、氮、硫或磷，這意味著這些催化劑既環保且生產成本低廉。

有機催化劑的使用之所以迅速擴展，主要是因為它們能夠驅動不對稱催化。分子在建構時，通常會出現同一個反應會組合成兩種不同的分子，而這兩種分子就像我們的手，它們是彼此的鏡像。化學家通常只需要其中一種，特別是生產藥品的時候。

自 2000 年以來，有機催化以驚人的速度發展。李斯特和麥可米蘭仍然是該領域的領導者，並顯示了有機催化劑可用來驅動種類繁多的化學反應。利用這些反應，研究人員現在可以更有效地構建從新藥物到可以在太陽能電池中捕獲光的分子等等各式各樣的分子。透過這種方式，有機催化劑正重大地造福著人類的生活。