造福人类的第三种催化剂

杨先碧

说到催化剂，相信同学们对它都不陌生，它是可以加速化学反应的物质。目前，金属催化剂和酶是两种比较常用的催化剂。近年来，化学家经过努力探索，开发出了第三种催化剂——有机催化剂。德国科学家本杰明·利斯特（左）和美国科学家大卫·麦克米伦（右）就是第三种催化剂应用的倡导者，因推动了不对称有机催化领域的发展，而获得了2021年诺贝尔化学奖。

金属催化剂和酶的不足

不少化学反应不但艰难，而且缓慢。比如，把氮气和氢气混合在一起，要让它们自动合成氨气是很难的。工业上要合成氨气，需要500℃的高温，还需要20～50兆帕的高压。当然，只有高温、高压的条件还不够，还需要铁来做催化剂。这就是第一种催化剂——金属催化剂，是传统化工行业用得较多的一种催化剂。

生物体内每时每刻都在进行着化学反应，这些化学反应涉及生物高分子，要求更高，因此它们用到的是第二种催化剂——酶。酶在本质上也是生物大分子，可能是蛋白质，也可能是RNA（核糖核酸）。比如，我们的消化系统内的淀粉酶是一种蛋白质，它可以分解米饭、面条等食物中的淀粉，将其转化为身体所需的能量。

由于酶的作用，生物体内的化学反应在极为温和的条件下也能高效地进行。随着人们对酶及相关反应的了解越来越深入，有机化工、制药等行业越来越多地用酶做催化剂。但是，在此过程中，人们也遇到了一些难题。比如，一些药物的合成过程中出现的手性分子的问题。……