三位诺贝尔奖得主
地球上的生物体都是由碳基演化,碳基有机化学是生命的基础,它是无数令人惊叹的自然现象的原因:花朵的颜色、蛇的毒性、诸如青霉素这样的能杀死细菌的物质。有机化学使人们能够模仿大自然,利用碳能力来为能发挥作用的分子提供一个稳定的框架,这使人类获得了新的药物和诸如塑料这样的革命性材料。
然而碳原子化学性质相当稳定,除非相互非常接近,否则很难发生反应。先前,一些化学家找到增加碳原子活性、相互强制产生化学键的方法,合成不少简单分子。早在1901年,法国科学家格林尼亚发明了一种试剂——被称为格式试剂,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。但是采用格式试剂合成复杂大分子有很大局限。因为,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。
1968年,美国科学家赫克报告了新的化学反应——赫克反应,使用钯作为主要的催化剂,不用高温和高压,碳原子间可以相互接近至可以发生反应的距离;1977年,根岸英一对其成果进行了精练,他使用一种有机氯化物作为催化剂;两年后,铃木章发现使用有机硼化合物的效果会更好。
用钯作为催化剂很好的克服了格式试剂的不足,在合成反应中,钯原子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。此类反应即被称为钯催化交叉偶联反应,典型的有Suzuki反应——该反应机理通常认为先是Pd(0)与卤代芳烃发生氧化-加成反应生成Pd(II) 的络合物,然后发生金属转移反应生成Pd(II) 的络合物,最后进行还原-消除而生成产物和Pd(0)。
2010年10月6日,美国科学家理查德•赫克、日本科学家根岸英一和铃木章共同获得2010年诺贝尔化学奖,以表彰他们在“钯催化交叉偶联反应”研究领域作出了杰出贡献,其研究成果使人类能有效合成复杂有机物。
如今,“钯催化交叉偶联反应”被应用于许多物质的合成研究和工业化生产。例如合成抗癌药物紫杉醇和抗炎症药物萘普生,以及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。科学界一些人士表示,依托“钯催化交叉偶联反应”,一大批新药和工业新材料应运而生,这三名科学家的科研成果如今已经成为支撑制药、材料化学等现代工业文明的巨大力量。
瑞典皇家科学院诺贝尔颁奖委员会在颁奖状中称,钯催化交叉偶联是今天的化学家所拥有的最为先进的“精致工具”。