造福人類的第三種催化劑

■文/楊先碧

說到催化劑，相信同學們對它都不陌生，它是可以加速化學反應的物質。目前，金屬催化劑和酶是兩種比較常用的催化劑。近年來，化學家經過努力探索，開發出了第三種催化劑——有機催化劑。德國科學家本杰明·利斯特（左）和美國科學家大衛·麥克米倫（右）就是第三種催化劑應用的倡導者，因推動了不對稱有機催化領域的發展，而獲得了2021年諾貝爾化學獎。

金屬催化劑和酶的不足

不少化學反應不但艱難，而且緩慢。比如，把氮氣和氫氣混合在一起，要讓它們自動合成氨氣是很難的。工業上要合成氨氣，需要500℃的高溫，還需要20~50兆帕的高壓。當然，只有高溫、高壓的條件還不夠，還需要鐵來做催化劑。這就是第一種催化劑——金屬催化劑，是傳統化工行業用得較多的一種催化劑。

生物體內每時每刻都在進行著化學反應，這些化學反應涉及生物高分子，要求更高，因此它們用到的是第二種催化劑——酶。酶在本質上也是生物大分子，可能是蛋白質，也可能是RNA（核糖核酸）。比如，我們的消化系統內的淀粉酶是一種蛋白質，它可以分解米飯、面條等食物中的淀粉，將其轉化為身體所需的能量。

由于酶的作用，生物體內的化學反應在極為溫和的條件下也能高效地進行。隨著人們對酶及相關反應的了解越來越深入，有機化工、制藥等行業越來越多地用酶做催化劑。但是，在此過程中，人們也遇到了一些難題。比如，一些藥物的合成過程中出現的手性分子的問題。……