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第108章 2001年度 威廉·諾爾斯 野依良治 巴裏·夏普萊斯
因在催化不對稱反應領域的突出貢獻而榮獲2001年諾貝爾化學獎
2001年10月10日，瑞典皇家科學院決定將2001年度諾貝爾化學獎授予威廉·諾爾斯博士、野依良治教授和巴裏·夏普萊斯教授，以表彰他們在催化不對稱反應領域做出的突出的貢獻。
威廉·諾爾斯
威廉·諾爾斯（美國，1917～），有機化學家，1917年生於美國芝加哥，1942年獲美國哥倫比亞大學博士學位。1966年，威爾金森等人發現了可用於均相催化氫化的威爾金森催化劑三苯基膦。在此前後，霍勒等人先後發現了手性膦的製備方法。在此基礎上，1968年，諾爾斯用2-甲基正丙基苯基膦替代威爾金森催化劑中的三苯基膦，並以此為催化劑催化α-苯基丙烯酸，得到一種對映體過量15%的氫化產物。雖然對映體過量相對於目前水平還較低，但在此方向上卻是突破性的進展。諾爾斯的研究成果很快便轉化為工業成品，如治療帕金森氏病的L-DOPA就是根據諾爾斯的研究成果製造出來的。而野依良治的貢獻是進一步完成了用於氫化反應的手性催化劑工藝。夏普萊斯最出色的貢獻是開發出了氧化反應的手性催化劑。
野依良治
野依良治（日本，1938～），有機化學家，1938年生於日本神戶。1967年，他獲日本東京大學博士學位，1972年後就職於名古屋大學。早年，他從事催化不對稱環丙烷化反應，但沒有取得重大突破。1980年，他與威廉·諾爾斯合作發現一種手性雙膦配體（BINAP），其中任何一個對映體與銠的配合物比其他多種催化不對稱氫化反應的催化劑具有明顯更強的活性。
由於威廉·諾爾斯和野依良治在催化不對稱氫化反應領域的傑出成就而與巴裏·夏普萊斯共同獲得2001年諾貝爾化學獎，其中他們兩人分獲總獎金的一半。
巴裏·夏普萊斯
巴裏·夏普萊斯（美國，1941年～），有機化學家，1941年出生於美國費城，1968年獲斯坦福大學化學博士學位，現任美國斯克利普斯研究所化學教授。在催化不對稱氫化反應研究得如火如荼的時候，他獨辟蹊徑，開始進行催化不對稱氧化反應的研究。1980年，夏普萊斯發現：在少量四異丙氧基鈦和酒石酸二烷基酯存在情況下，叔丁基過氧化氫能夠高度，有立體選擇性地將烯丙醇中的碳碳雙鍵環氧化，得到鉿氧醇（一類活潑的手性中間體）。夏普萊斯的發現極富規律性，可以用於預測反應的主要產物，並且能用分子篩加以控製。
由於夏普萊斯在催化不對稱氧化反應領域的出色貢獻，與威廉·諾爾斯和野依良治共同獲得2001年諾貝爾化學獎，他獨享總獎金的另一半。
這三位科學家的成就在於找到了有機合成反應中的高效手性催化劑和立體選擇性反應的方法，可以高效、方便地合成手性分子的單一異構體。他們在發展不對稱催化反應方法的同時也促進了化學工業和製藥工業的進展，以滿足人們的健康需求。
手性是自然界的普遍特征。構成自然界物質中的一些手性活性分子雖然從原子組成來看是一模一樣，但其空間結構完全不同，它們構成了實物和鏡像的關係，和人照鏡子一樣，也可以比作左右手的關係，所以叫手性分子。在生命的產生和演變過程中，自然界往往對一種手性有所偏愛，如自然界存在的糖為D-構型，氨基酸為L-構型，蛋白質和DNA的螺旋構象又都是右旋。所以，當手性藥物、農藥等化合物作用於這個不對稱的生物界時，兩個異構體表現出來的生物活性往往是不同的，甚至是截然相反的。典型事例是20世紀50年代末期發生在歐洲的“反應停”事件，孕婦因服用酞胺呱啶酮（俗稱“反應停”）而導致畸形兒的慘劇。後來研究發現，反應停藥物包含的兩種不同構型的光學異構體中，隻有一種異構體起到了鎮靜的作用，而另外一種異構體則有致畸作用。因此，如何合成手性分子的單一光學異構體就成了化學研究領域的熱門話題，同時也是化學家麵臨的巨大挑戰。
早在20世紀30年代，就有報道將金屬負載在蠶絲上，然後催化氫化合成了具有一定光學活性的產物，但此後相當一段時間內沒有取得任何進展。直到1968年，諾爾斯應用手性膦配體與金屬銠形成的絡合物為催化劑，在世界上第一個發明了不對稱催化氫化反應。雖然當時取得的結果並不是十分完美，但這是這一研究領域獲得突破的原始創新性工作，它開創了均相不對稱催化合成手性分子的先河。以這一反應為基礎，20世紀70年代初，諾爾斯就在孟山都公司利用不對稱氫化方法實現了工業合成治療帕金森病的L-多巴（L-DOPA）這一手性藥物。這不僅成為了世界上第一例手性合成工業化例子，而且更重要的是成為了不對稱催化合成手性分子的一麵旗幟，極大地促進了這個研究領域的發展。此後，野依良治對其工作進行了創造性的發展，發明了以手性雙膦（BINAP）為代表的配體分子，通過與合適的金屬配位形成了一係列新穎高效的手性催化劑，用於不對稱催化氫化反應，得到了高達100%的立體選擇性，以及反應物與催化劑比高達幾十萬的活性，實現了不對稱催化合成的高效性和實用性，將不對稱催化氫化反應提高到一個很高的程度。
夏普雷斯則是從另一個側麵發展了不對稱催化反應。早在20世紀80年代初，利用C2對稱的天然手性酒石酸與四氯化鐵形成的絡合物為催化劑，實現了烯烴的不對稱環氧化反應，並在此後的將近10年的時間裏，從實驗和理論兩方麵對這一反應進行了改進和完善，使之成為不對稱合成研究領域的又一個裏程碑。此後，夏普雷斯又把不對稱氧化反應拓展到不對稱雙羥基化反應。目前，不對稱環氧化反應和雙羥基化反應已成為世界上應用最為廣泛的化學反應。近年來，夏普雷斯還發現了不對稱催化氧化反應中的手性放大及非線性效應等新概念，使其在理論和實際上都具有重要意義。
自1968年諾爾斯實現第一例不對稱催化反應以來，這一研究領域已取得了巨大的進展，成千上萬個手性配體分子和手性催化劑已經合成和報道，不對稱催化合成已應用到幾乎所有的有機反應類型中，並開始成為工業上，尤其是製藥工業上合成手性物質的重要方法。值得指出的是，目前不對稱催化合成研究依然處在方興未艾的發展階段，許多與手性相關的科學問題還有待解決。相信不對稱催化合成將繼續成為21世紀有機化學研究的熱點，並將進一步拓展到超分子化學和化學生物學的研究中，實現生物催化的人工模擬，並將在高技術領域發揮重要作用。
2001年10月10日，瑞典皇家科學院決定將2001年度諾貝爾化學獎授予威廉·諾爾斯博士、野依良治教授和巴裏·夏普萊斯教授，以表彰他們在催化不對稱反應領域做出的突出的貢獻。
威廉·諾爾斯
威廉·諾爾斯（美國，1917～），有機化學家，1917年生於美國芝加哥，1942年獲美國哥倫比亞大學博士學位。1966年，威爾金森等人發現了可用於均相催化氫化的威爾金森催化劑三苯基膦。在此前後，霍勒等人先後發現了手性膦的製備方法。在此基礎上，1968年，諾爾斯用2-甲基正丙基苯基膦替代威爾金森催化劑中的三苯基膦，並以此為催化劑催化α-苯基丙烯酸，得到一種對映體過量15%的氫化產物。雖然對映體過量相對於目前水平還較低，但在此方向上卻是突破性的進展。諾爾斯的研究成果很快便轉化為工業成品，如治療帕金森氏病的L-DOPA就是根據諾爾斯的研究成果製造出來的。而野依良治的貢獻是進一步完成了用於氫化反應的手性催化劑工藝。夏普萊斯最出色的貢獻是開發出了氧化反應的手性催化劑。
野依良治
野依良治（日本，1938～），有機化學家，1938年生於日本神戶。1967年，他獲日本東京大學博士學位，1972年後就職於名古屋大學。早年，他從事催化不對稱環丙烷化反應，但沒有取得重大突破。1980年，他與威廉·諾爾斯合作發現一種手性雙膦配體（BINAP），其中任何一個對映體與銠的配合物比其他多種催化不對稱氫化反應的催化劑具有明顯更強的活性。
由於威廉·諾爾斯和野依良治在催化不對稱氫化反應領域的傑出成就而與巴裏·夏普萊斯共同獲得2001年諾貝爾化學獎，其中他們兩人分獲總獎金的一半。
巴裏·夏普萊斯
巴裏·夏普萊斯（美國，1941年～），有機化學家，1941年出生於美國費城，1968年獲斯坦福大學化學博士學位，現任美國斯克利普斯研究所化學教授。在催化不對稱氫化反應研究得如火如荼的時候，他獨辟蹊徑，開始進行催化不對稱氧化反應的研究。1980年，夏普萊斯發現：在少量四異丙氧基鈦和酒石酸二烷基酯存在情況下，叔丁基過氧化氫能夠高度，有立體選擇性地將烯丙醇中的碳碳雙鍵環氧化，得到鉿氧醇（一類活潑的手性中間體）。夏普萊斯的發現極富規律性，可以用於預測反應的主要產物，並且能用分子篩加以控製。
由於夏普萊斯在催化不對稱氧化反應領域的出色貢獻，與威廉·諾爾斯和野依良治共同獲得2001年諾貝爾化學獎，他獨享總獎金的另一半。
這三位科學家的成就在於找到了有機合成反應中的高效手性催化劑和立體選擇性反應的方法，可以高效、方便地合成手性分子的單一異構體。他們在發展不對稱催化反應方法的同時也促進了化學工業和製藥工業的進展，以滿足人們的健康需求。
手性是自然界的普遍特征。構成自然界物質中的一些手性活性分子雖然從原子組成來看是一模一樣，但其空間結構完全不同，它們構成了實物和鏡像的關係，和人照鏡子一樣，也可以比作左右手的關係，所以叫手性分子。在生命的產生和演變過程中，自然界往往對一種手性有所偏愛，如自然界存在的糖為D-構型，氨基酸為L-構型，蛋白質和DNA的螺旋構象又都是右旋。所以，當手性藥物、農藥等化合物作用於這個不對稱的生物界時，兩個異構體表現出來的生物活性往往是不同的，甚至是截然相反的。典型事例是20世紀50年代末期發生在歐洲的“反應停”事件，孕婦因服用酞胺呱啶酮（俗稱“反應停”）而導致畸形兒的慘劇。後來研究發現，反應停藥物包含的兩種不同構型的光學異構體中，隻有一種異構體起到了鎮靜的作用，而另外一種異構體則有致畸作用。因此，如何合成手性分子的單一光學異構體就成了化學研究領域的熱門話題，同時也是化學家麵臨的巨大挑戰。
早在20世紀30年代，就有報道將金屬負載在蠶絲上，然後催化氫化合成了具有一定光學活性的產物，但此後相當一段時間內沒有取得任何進展。直到1968年，諾爾斯應用手性膦配體與金屬銠形成的絡合物為催化劑，在世界上第一個發明了不對稱催化氫化反應。雖然當時取得的結果並不是十分完美，但這是這一研究領域獲得突破的原始創新性工作，它開創了均相不對稱催化合成手性分子的先河。以這一反應為基礎，20世紀70年代初，諾爾斯就在孟山都公司利用不對稱氫化方法實現了工業合成治療帕金森病的L-多巴（L-DOPA）這一手性藥物。這不僅成為了世界上第一例手性合成工業化例子，而且更重要的是成為了不對稱催化合成手性分子的一麵旗幟，極大地促進了這個研究領域的發展。此後，野依良治對其工作進行了創造性的發展，發明了以手性雙膦（BINAP）為代表的配體分子，通過與合適的金屬配位形成了一係列新穎高效的手性催化劑，用於不對稱催化氫化反應，得到了高達100%的立體選擇性，以及反應物與催化劑比高達幾十萬的活性，實現了不對稱催化合成的高效性和實用性，將不對稱催化氫化反應提高到一個很高的程度。
夏普雷斯則是從另一個側麵發展了不對稱催化反應。早在20世紀80年代初，利用C2對稱的天然手性酒石酸與四氯化鐵形成的絡合物為催化劑，實現了烯烴的不對稱環氧化反應，並在此後的將近10年的時間裏，從實驗和理論兩方麵對這一反應進行了改進和完善，使之成為不對稱合成研究領域的又一個裏程碑。此後，夏普雷斯又把不對稱氧化反應拓展到不對稱雙羥基化反應。目前，不對稱環氧化反應和雙羥基化反應已成為世界上應用最為廣泛的化學反應。近年來，夏普雷斯還發現了不對稱催化氧化反應中的手性放大及非線性效應等新概念，使其在理論和實際上都具有重要意義。
自1968年諾爾斯實現第一例不對稱催化反應以來，這一研究領域已取得了巨大的進展，成千上萬個手性配體分子和手性催化劑已經合成和報道，不對稱催化合成已應用到幾乎所有的有機反應類型中，並開始成為工業上，尤其是製藥工業上合成手性物質的重要方法。值得指出的是，目前不對稱催化合成研究依然處在方興未艾的發展階段，許多與手性相關的科學問題還有待解決。相信不對稱催化合成將繼續成為21世紀有機化學研究的熱點，並將進一步拓展到超分子化學和化學生物學的研究中，實現生物催化的人工模擬，並將在高技術領域發揮重要作用。
