獲得獎(jiǎng)項(xiàng)
2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家威廉·諾爾斯、日本科學(xué)家野依良治和美國科學(xué)家巴里·夏普雷斯,以表彰他們?cè)诓粚?duì)稱合成方面所取得的成績。瑞典皇家科學(xué)院的新聞公報(bào)說,許多化合物的結(jié)構(gòu)都是對(duì)映性的,好像人的左右手一樣,這被稱作手性。而藥物中也存在這種特性,在有些藥物成份里只有一部分有治療作用,而另一部分沒有藥效甚至有毒副作用。這些藥是消旋體,它的左旋與右旋共生在同一分子結(jié)構(gòu)中。在歐洲發(fā)生過妊娠婦女服用沒有經(jīng)過拆分的消旋體藥物作為鎮(zhèn)痛藥或止咳藥,而導(dǎo)致大量胚胎畸形的"反應(yīng)停"慘劇,使人們認(rèn)識(shí)到將消旋體藥物拆分的重要性。2001年的化學(xué)獎(jiǎng)得主就是在這方面做出了重要貢獻(xiàn)。他們使用一種對(duì)映體試劑或催化劑,把分子中沒有作用的一部分剔除,只利用有效用的一部分,就像分開人的左右手一樣,分開左旋和右旋體,再把有效的對(duì)映體作為新的藥物,這稱作不對(duì)稱合成。
科學(xué)貢獻(xiàn)
1968年,諾爾斯發(fā)現(xiàn)了用過渡金屬進(jìn)行對(duì)映性催化氫化的新方法,并最終獲得了有效的對(duì)映體。他的研究被迅速應(yīng)用于一種治療帕金森癥藥物的生產(chǎn)。后來,野依良治進(jìn)一步發(fā)展了對(duì)映性氫化催化劑。夏普雷斯則因發(fā)現(xiàn)了另一種催化方法;氧化催化而獲獎(jiǎng)。他們的發(fā)現(xiàn)開拓了分子合成的新領(lǐng)域,對(duì)學(xué)術(shù)研究和新藥研制都具有非常重要的意義。其成果已被應(yīng)用到心血管藥、抗生素、激素、抗癌藥及中樞神經(jīng)系統(tǒng)類藥物的研制上,F(xiàn)在,手性藥物的療效是原來藥物的幾倍甚至幾十倍,在合成中引入生物轉(zhuǎn)化已成為制藥工業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)。
野依良治在威廉·諾爾斯的基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入而廣泛的研究,開發(fā)出了性能更為優(yōu)異的手性催化劑。這些催化劑用于氫化反應(yīng),能使反應(yīng)過程更經(jīng)濟(jì),同時(shí)大大減少產(chǎn)生的有害廢棄物,有利于環(huán)境保護(hù)。這些工作對(duì)手性氫化催化劑在工業(yè)上的應(yīng)用起到極大的推動(dòng)作用。目前,很多化學(xué)制品、藥物和新材料的制造,都得益于野依良治的研究。
創(chuàng)新之處
野依良治的創(chuàng)新在哪里呢?據(jù)他介紹:自然界存在許多光學(xué)異構(gòu)體,這些物質(zhì)就像人的左右手,立體結(jié)構(gòu)對(duì)稱,左右相反,絕不能重合;其氣味、味道以及作用都大相徑庭;一方有益,而另一方就有害;一方是良藥,另一方就是毒藥。例如酞胺哌啶酮,它一方面有鎮(zhèn)靜作用,可作安眠藥;但同時(shí)它的光學(xué)異構(gòu)體又會(huì)導(dǎo)致生物體畸形發(fā)育,孕婦服用就可致嬰兒畸形。
早在150年前,法國科學(xué)家帕斯茨爾曾說過,人類沒有單純只合成有益物質(zhì)的能力。但科學(xué)家沒有被這個(gè)論斷嚇倒,尋求有益光學(xué)異構(gòu)體的人工合成技術(shù)一直是化學(xué)家的一大追求。美國的巴里教授用氧化反應(yīng)催化劑,野依和威廉用氫化反應(yīng)催化劑分別實(shí)現(xiàn)了光學(xué)異構(gòu)體的不對(duì)稱合成,從而改變了自有化學(xué)合成以來的所有化學(xué)合成方法,在化學(xué)界和化工企業(yè)界產(chǎn)生了巨大影響。
野依主張科研要簡單明了,要注意研究的波及效果。他認(rèn)為沒有波及效應(yīng)的研究意義不大。他在讀研究生時(shí)就開始和野崎教授共同研究分子催化劑。他們把特殊的有機(jī)分子與那些能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的銅等金屬原子相結(jié)合,這種新型催化劑能把光學(xué)異構(gòu)體的左右手性物質(zhì)分別合成。但開始時(shí),有益光學(xué)異構(gòu)體的制取率只有10%,直到1980年這一比率才提高到80%。后又經(jīng)過大約2年時(shí)間這個(gè)比率提高到了幾近100%。
實(shí)際應(yīng)用
自20世紀(jì)80年代起,野依良治的科研成果在日本被大規(guī)模采用,用于生產(chǎn)香料和香味薄荷腦。左手性的薄荷腦氣味好聞,右手性的則沒有這種香氣。1983年野依和高砂香料工業(yè)公司合作,確立了只選擇左手性薄荷腦的制造方法。目前高砂公司已成為世界上最大的薄荷腦生產(chǎn)廠家,年產(chǎn)1000噸,可滿足全世界1/3的需求。
過去,藥品和化學(xué)品的合成首先是合成包括許多不純物質(zhì)在內(nèi)的混合物,然后再設(shè)法提純,即費(fèi)錢費(fèi)力又給環(huán)境造成破壞。而利用不對(duì)稱合成技術(shù)制造的幾乎100%是所需的物質(zhì)。目前這種合成技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用,如美國孟山都公司將其用于生產(chǎn)治療帕金森氏癥的藥品,日本小野藥品工業(yè)公司用它生產(chǎn)生理活性物質(zhì)前列腺素,日本第一制藥公司用其生產(chǎn)抗菌素……預(yù)計(jì)到2003年,應(yīng)用這種合成技術(shù)所產(chǎn)生效益將達(dá)到近1500億美元。野依在這一技術(shù)的研究過程中,共發(fā)表400篇論文,論文被引用次數(shù)達(dá)2.2萬次以上,這在日本化學(xué)家中是獨(dú)占鰲頭的。