第09版:国际看点
 
 
 
2010年10月8日 星期
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今年化学诺贝尔奖有什么用?
合成抗癌药物、超薄显示器、高效有机杀虫剂都靠它

  强力抗癌药物、高效的有机杀虫剂、能够自己发光的薄膜显示器,这些东西有什么共同点?那就是,它们都由复杂有机分子组成,如果没有2010年诺贝尔化学奖获得者们的研究成果——钯催化交叉偶联反应,人工合成这些分子就非常困难。

  碳元素是地球生命的基础,有机分子都有着碳原子搭成的“骨架”。碳原子之间的结合是有机化学的核心,人们经常会在自然界新发现一些有巨大应用潜力的复杂有机物,但这些物质的天然产量往往很少,如果不能有效地人工合成,潜力就无法变成现实。

  但是,让来自不同分子的碳原子互相结合,不是一件容易的事,因为碳原子化学性质不活泼。美国和日本的3名科学家以钯原子“牵线搭桥”,最终使不同“出身”的碳原子走到一起并相互结合,从而使一大批新药和工业新材料应运而生。这一杰出成果使他们赢得了今年的诺贝尔化学奖。

  怎么让这些懒洋洋的碳原子活跃起来,好将它们凑作一堆?一百多年前人们已经想到办法,法国科学家格林尼亚发明了一种试剂,利用镁原子强行塞给碳原子两个电子,使碳原子变得活跃。这是一项非常重要的成果,使格林尼亚获得了1912年的诺贝尔化学奖。

  但是这样的方法在合成复杂大分子的时候有很大局限。人们不能控制活跃的碳原子的行为,反应会产生一些无用的副产物。在制造大分子的过程中,副产物生成得非常多,反应效率低下。

  用钯作为催化剂可以解决这个问题。钯原子就像“媒人”一样,把不同的碳原子吸引到自己身边,使碳原子之间的距离变得很近,容易结合——也就是“偶联”,而钯原子本身不参与结合。这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度,副产物比较少,更加精确而高效。

  20世纪60年代末至70年代初,美国科学家理查德·赫克研究出了后来被称为“赫克反应”的方法,利用称为烯烃的有机小分子在钯催化作用下合成大分子。1977年,日本科学家根岸英一用锌原子将碳原子运送到钯原子上,实现“根岸反应”。两年后,日本科学家铃木章用硼元素取代锌,实现类似的效果,并且毒性更低,适宜规模化生产,这就是“铃木反应”。

  如今,这三个反应经过不断改进,在化学界和工业界取得了重要地位,应用于许多物质的合成研究和工业化生产。例如赫克反应被用于合成抗癌药物紫杉醇和抗炎症药物萘普生,铃木反应则帮助合成了有机分子中一个体格特别巨大的成员——水螅毒素。科学家还尝试用这些方法改造一种抗生素——万古霉素的分子,用来杀灭有超强抗药性的细菌。此外,利用这些方法合成的一些有机材料能够发光,可用于制造只有几毫米厚、像塑料薄膜一样的显示器。

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