為碳原子結合“牽線搭橋”的美日學者獲諾貝爾化學獎

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新華網 碳原子化學性質不活潑，不願相互結合，難以形成理想的有機化合物怎麼辦？美國和日本的３名科學家以鈀原子“牽線搭橋”，最終使不同“出身”的碳原子走到一起並相互結合，從而使一大批新藥和工業新材料應運而生。這一傑出成果使他們贏得了今年的諾貝爾化學獎。

獲獎的美國科學家理查德‧赫克，生于１９３１年，現為美國特拉華大學名譽教授。兩位日本科學家中，７５歲的根岸英一是美國珀杜大學教授，而８０歲的鈴木章是北海道大學名譽教授。這些老人都是在青年時代的辛勤研究中取得了影響深遠的重大科研成果。

６日在斯德哥爾摩揭曉諾貝爾化學獎得主的新聞發布會上，評選委員會的代表介紹了３位獲獎者的研究成果。為制造復雜的有機材料，需要通過化學反應將碳原子集合在一起。但是碳原子本身非常穩定，不易發生化學反應。解決該問題的一個思路是通過某些方法讓碳的化學性質更加活潑，更容易發生反應。這類方法能有效地制造出很多簡單有機物，但當化學家們試圖合成更為復雜的有機物時，往往有大量無用的物質生成，而赫克、根岸英一和鈴木章的研究成果解決了這一難題。

赫克、根岸英一和鈴木章通過實驗發現，碳原子會和鈀原子連接在一起，進行一係列化學反應。這一技術讓化學家們能夠精確有效地制造他們需要的復雜化合物。目前鈀催化交叉偶聯反應技術已在全球的科研、醫藥生產和電子工業等領域得到廣泛應用。

諾貝爾化學獎評委代表在新聞發布會現場撥通了根岸英一的電話，祝賀他獲獎。根岸英一說，他對獲獎感到非常激動，並在第一時間與妻子分享了喜悅，他十分期待今年１２月來斯德哥爾摩出席頒獎儀式。另一位日本獲獎者鈴木章在得知獲獎後謙虛地說，“我想我獲得如此殊榮，是托了大家的福”，這是很多化學界同行共同努力的結果，“我不知道自己能活多久，但我希望繼續從事能對年輕人有所幫助的工作”。美國科學家赫克在接到獲獎電話時說，他雖感驚喜，但不十分驚訝，他的成果在很早以前就已被認為應該獲得很高的榮譽。但赫克也認為，能夠獲得諾貝爾獎是“一個非常完美的結局”。

這３位科學家的獲獎引起了美國、日本方面的高度評價。美國化學學會主席約瑟夫‧弗朗西斯科說：“這就是偉大的化學。他們應該獲獎，他們的成就已得到廣泛應用，他們增加了化學家工具箱裏的工具數量。”

特拉華大學校長帕特裏克‧哈克認為，赫克在化學領域進行了“奠基性”研究，該校對赫克及其成就感到“異常自豪”。特拉華大學教務長湯姆‧阿普爾認為，赫克教授及同事開發出了“非常尖端”、能夠幫助科學家研制潛在癌症藥物和治療方案的工具，這是赫克教授的“極大成就”。

在獲悉兩位日本科學家獲獎後，日本首相菅直人６日晚在首相官邸說，這兩名科學家在青年時代的研究終于開花結果，他們的成就將激勵年輕人，因此要進一步完善日本的科技政策，希望好好幫助那些默默無聞從事科研的年輕研究人員。日本文部科學大臣高木義明評論說，兩名日本科學家獲獎向世界展示了日本的學術研究水平，這不僅給研究人員，也給全體國民帶來巨大鼓舞和驕傲，文部科學省將以此為契機，進一步加強對學術研究的支持。

有機合成——搭建分子的高樓大廈

新華網（記者王艷紅） 強力抗癌藥物、高效的有機殺蟲劑、能夠自己發光的薄膜顯示器，這些東西有什麼共同點？那就是，它們都由復雜有機分子組成，如果沒有２０１０年諾貝爾化學獎獲得者們的研究成果——鈀催化交叉偶聯反應，人工合成這些分子就非常困難。

碳元素是地球生命的基礎，有機分子都有著碳原子搭成的“骨架”。碳原子之間的結合是有機化學的核心，有關研究已經帶來了好幾個諾貝爾獎。人們經常會在自然界新發現一些有巨大應用潛力的復雜有機物，但這些物質的天然產量往往很少，如果不能有效地人工合成，潛力就無法變成現實。

將小的有機分子拼裝起來，可以制造出大分子。但是，讓來自不同分子的碳原子互相結合，不是一件容易的事，這涉及到原子周圍的電子數——影響到化學反應的關鍵因素。

電子就像帶負電的雲，圍繞著帶正電的原子核。有機物裏重要元素如碳、氮和氧的原子，最外層如果有不多不少８個電子，就會很穩定。如果不是８個，原子就傾向于多退少補，與別的原子“交易”電子，發生化學反應。

在有機小分子中，碳原子自身最外層的４個電子，加上與其他原子共享的電子，往往使碳原子外層電子總數達到穩定的８個。這種狀態下的碳原子，既不想再從別的原子那裏奪來電子，也不想把自己的電子交出去，因而不容易與其他原子結合。

怎麼讓這些懶洋洋的碳原子活躍起來，好將它們湊作一堆？一百多年前人們已經想到辦法，法國科學家格林尼亞發明了一種試劑，利用鎂原子強行塞給碳原子兩個電子，使碳原子變得活躍。這是一項非常重要的成果，使格林尼亞獲得了１９１２年的諾貝爾化學獎。

但是這樣的方法在合成復雜大分子的時候有很大局限。人們不能控制活躍的碳原子的行為，反應會產生一些無用的副產物。在制造大分子的過程中，副產物生成得非常多，反應效率低下。

用鈀作為催化劑可以解決這個問題。鈀原子就像“媒人”一樣，把不同的碳原子吸引到自己身邊，使碳原子之間的距離變得很近，容易結合——也就是“偶聯”，而鈀原子本身不參與結合。這樣的反應不需要把碳原子激活到很活躍的程度，副產物比較少，更加精確而高效。

２０世紀６０年代末至７０年代初，美國科學家理查德‧赫克研究出了後來被稱為“赫克反應”的方法，利用稱為烯烴的有機小分子在鈀催化作用下合成大分子。１９７７年，日本科學家根岸英一用鋅原子將碳原子運送到鈀原子上，實現“根岸反應”。兩年後，日本科學家鈴木章用硼元素取代鋅，實現類似的效果，並且毒性更低，適宜規模化生產，這就是“鈴木反應”。

如今，這三個反應經過不斷改進，在化學界和工業界取得了重要地位，應用于許多物質的合成研究和工業化生產。例如赫克反應被用于合成抗癌藥物紫杉醇和抗炎症藥物萘普生，鈴木反應則幫助合成了有機分子中一個體格特別巨大的成員——水螅毒素。科學家還嘗試用這些方法改造一種抗生素——萬古霉素的分子，用來殺滅有超強抗藥性的細菌。此外，利用這些方法合成的一些有機材料能夠發光，可用于制造只有幾毫米厚、像塑料薄膜一樣的顯示器。