http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2010-10-16
南方周末记者 黄永明
"以钯为催化剂，以实现碳碳键偶联的化学反应是一项创举。“事情就这样发生了。我没有计划这么做，也没有要求这么做。如此而已。”"
理查德·赫克
根岸英一
铃木章
赫伯特·布朗(Herbert Brown)1938年从美国芝加哥大学博士毕业的时候，没能找到工作。但他称这件事“也许是幸运的”。他随后在一名教授的帮助下找了个博士后的职位，开始了持续一生的化学研究工作。1979年，他的研究得到了至高的荣誉：与格奥尔格·维蒂希(Georg Wittig)因将含硼和磷的化合物用于有机合成而分享当年的诺贝尔化学奖。
布朗在2004年因心脏病去世，但他当年没有找到工作带来的“影响”还在延续。曾经先后在美国普渡大学师从布朗的两名日籍化学家——根岸英一和铃木章——因在有机合成方面的工作而获得了今年的诺贝尔化学奖。
同时分享这一奖项的还有美国化学家理查德·赫克(Richard Heck)。他们的贡献在于发展出了有机合成中的钯催化交叉偶联。
已经退休、在菲律宾安享晚年的赫克得奖后说，他没有想过自己会得诺贝尔奖。而根岸英一则表示得奖并不特别意外，从布朗到他和师兄铃木章，之间“存在一个链条”。
单枪匹马
在有机化学中，最主要的反应就是碳原子之间的化学键的形成和消失。碳原子的不同组合能够形成结构非常复杂、性质各不相同的分子。
人们早就在自然界中发现，有一些生物能够制造出非常复杂的大分子物质，这些物质有时会有剧毒，是生物进行自我保护的武器。这些物质同时也有可能为人所用，开发出抗生素、抗病毒或是消炎药。
但是自然形成的这些物质太过稀少，如何在实验室中人工合成这些大分子物质，是有机化学家们考虑的问题。通常情况下，由于碳原子很稳定，涉及两个碳原子之间的化学反应条件要求便会很苛刻，比如需要高温和高压。
以前化学家使用化学活性物质来促使原子之间发生反应，这种方法弊端是，碳也会跟其他原子发生反应，从而生成不需要的副产物。而且由于制造某些大分子时需要经过很多步，每一步都会产生副产物，那么到了后面几乎就没有人们需要的物质了。
1950年代，德国的一家化学公司开始使用过渡金属来帮助生产有机分子。现在看来，过渡金属的使用在20世纪下半叶的有机分子生产中产生了非常重要的作用。而当时赫克正供职于美国一家化学公司。德国公司使用金属钯将乙烯转化为乙醛的做法引起了赫克的巨大兴趣，他开始研究将钯作为催化剂来使用。
赫克1931年出生于美国马萨诸塞州，在加州大学洛杉矶分校获得博士学位，后到瑞士进行了博士后工作。1960年代，他任职于美国这家化学公司的时候，认真研究了以钯为催化剂，让卤代芳烃和乙烯基的衍生物发生反应，从而实现碳碳键的偶联。
他先后写了一系列的论文介绍自己的研究成果，发表在《美国化学会会刊》上。引人注意的是，他是单枪匹马进行这些研究的，每篇论文的作者都只有他一个人。
对此，他在获得诺贝尔奖后说：“事情就这样发生了。我没有计划这么做，也没有要求这么做。如此而已。”
赫克的这些工作让德拉华大学相中了他，1970年代聘任他到该校化学与生化系任教。赫克在那里担任化学教授直到1989年退休。
交叉偶联
在金属钯的作用下，碳原子相连实现了，并且反应条件不像以前那么苛刻，反应速度也更快。
具体来说，钯催化的交叉偶联反应可以分为三步。首先，金属钯作为一种过渡金属(其电子结构特别容易接受电子)，与碳原子连接上，形成金属钯的配合物。然后，钯和另外一个有机分子，通过同样机理，也形成配合物。至此，一个钯上连接了两个来自不同分子上的碳原子，这样就为两个碳之间相连提供了机会。第三步，将钯从两个碳中间撤出来，两个分子就连接在一起了。催化反应就完成了。
日本化学家根岸英一和铃木章在赫克之后进一步探索了钯催化交叉偶联，他们改变温度、酸碱性、溶剂等反应条件，成功做出了其他化合物中的碳原子的连接。三人均获得了以他们名字命名的反应。
在部分依靠“铃木反应”的情况下，科学家1994年在实验室中合成了海葵毒素。海葵毒素的分子由129个碳原子、223个氢原子、3个氮原子和54个氧原子组成，它最初于1971年在夏威夷的珊瑚中被提取得到，乃是化学世界中的庞然大物。
根岸英一1935年出生于中国长春，1963年从美国宾夕法尼亚大学获得博士学位。1966年开始在美国普渡大学进行博士后研究，他在那里遇到了赫伯特·布朗。他研究生涯中的大部分时间都在普渡大学度过。
铃木章比根岸英一早去普渡大学几年。他1930年出生于北海道，在北海道大学获得博士学位。他曾与布朗一道工作，但在普渡大学期间并未与根岸英一有过交集。根岸英一说只是在后来，他们才变得越来越亲近。
今天，钯催化交叉偶联被科学家当作寻找新药的重要工具。比如diazonamide A原本是来自海洋的自然产物，其分子结构非常复杂，但在药用方面颇具潜力。化学家现在已经能够在实验室中借助于钯催化人工合成这种分子。也有实验表明这种物质具有抗结肠癌的作用。在另外一些案例当中，钯催化被用于提高自然药用物的效力。
工业界研发更薄的电脑显示器甚至也用到了钯催化，它帮助OLED显示器获得更好的蓝色光源。诺贝尔基金会说：“尽管理查德·赫克首次在德拉华的实验室里做实验到今天已经有四十多年了，钯催化交叉偶联仍然处在发展之中。”
有趣的是，今年的诺贝尔物理奖和化学奖都与碳原子有关，而就在今年春天，科学家刚刚成功实现了将钯原子附着在石墨烯上，由此造出来的物质被用于在水中进行“铃木反应”。
[南方周末]
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本刊记者/陈言
10月7日，75岁的美国珀杜大学教授根岸英一在得知自己获得诺贝尔化学奖后，用流利的日语说：“我接受了美国的教育，在这里学习、工作了五十余年，但我至今依旧拿着日本护照，我希望你们告诉国内同胞，让他们和我一起分享这个快乐！”
也是在那一天，80岁的北海道大学名誉教授铃木章来到大学的会议室。他对记者说，“日本是个没有什么资源的国家，我们只有人，只能依靠人的努力获取各种知识。理科的发展对国家来说非常重要。”
根岸和铃木都在上世纪60年代师从美国的哈佛·布朗教授。布朗是1979年诺贝尔化学奖的获得者。21年后，他的两个弟子延续了他的荣耀。
同时获得此奖的还有美国特拉华大学名誉教授理查德·赫克。三名科学家因在有机合成领域中“钯催化交叉偶联反应”方面的卓越研究而获得殊荣。这项研究成果已经广泛应用在制药、电子工业和先进材料等领域，让人类造出复杂的有机分子。他们三人将于今年12月10日一同前往斯德哥尔摩参加诺贝尔奖的颁奖仪式。
电话铃终于响了
对于获得诺贝尔奖，根岸英一教授并不觉得意外。
2002年，根岸的指导教授布朗曾对他说过，“我向诺贝尔委员会推荐过其他学者，但他们都没有获奖，今后我想推荐你和铃木教授。”从那以后，每年宣布诺贝尔奖名单时，根岸总觉得会和自己有些关系。
10月5日晚，根岸对夫人说：“我获奖的比率有百分之一。”第二天早晨5点便有人打来了电话。“话筒那边是浓重的瑞典口音的英语，我就知道这回是真的获奖了。”来自瑞典的电话竟然没有直接提到“获奖”，他们只是说，“今天你肯定会非常忙！”说完这简单的一句话，电话就断了。
接着就不断有人打来祝贺电话，根岸教授“百分之一”的预测此时变成了百分之百。繁忙的一天真的开始了。
当天上午，根岸教授在大教室照常讲授他的课程“有机化合物的性质”。开讲之前，当校方派人向大家介绍“根岸教授今天获得了诺贝尔化学奖”时，300人的大教室满是口哨、喝彩和掌声。下课前有个学生问：“周五的课还上吗？”“拿诺贝尔奖的人更要按时上课！”根岸的一句话，引来了满堂的欢笑。
在太平洋对岸的日本，当地时间下午6点20分左右，北海道大学名誉教授铃木章家的电话也响了。
“是我夫人接的电话，对方也是位女性，用英语说了一句‘哈罗’，等我去接时，却已经挂断了。”铃木名誉教授说。过了一会儿，电话又响了，这回是位男士。“恭喜您！”在对方告知自己是诺贝尔委员会的成员后，电话里传来了这样一句话。夫人铃木阳子说：“简直像在做梦，难以置信。”
等铃木教授穿上灰色的西服，系好深蓝色领带走出家门时，门口已经聚集了不少记者。当晚8点，北海道大学安排了正式的记者会。除了表示自己的喜悦之外，铃木教授强调：“日本的年轻人中，报理科的越来越少了，这是让我最担心的一件事。”他接着说，“我不知道我自己还能活多少岁，但我愿意为年轻人的研究贡献一点自己的力量。”
大放异彩的“铃木反应”
和铃木教授有过多次交往的中国科学院化学研究所研究员王东向《中国新闻周刊》回忆说，“上个世纪90年代，有机化学面临如何进一步发展的问题，当时很多专家都不是很清楚。铃木教授发明的‘铃木反应’(即此次获得诺贝尔化学奖的钯催化交叉偶联反应)，让反应过程变得非常的简洁。拿钯做催化剂，将不活泼的碳原子连接起来，成为目前合成复杂有机分子的高效方法。但当初发明这种方法的时候，具体在工业上有什么用，谁也说不清楚。”
铃木教授的论文数量不多，且大都以日文的形式发表在了日本的学术刊物上。但是，他的研究非常严密，做出来的结果经得起反复推敲。王东研究员说，为了证实自己的研究结果具有可重复性，铃木教授不惜购买全套的新实验设备，用外部的试剂来反复实验，在完全证明“铃木反应”后，他才发表了论文。
有机化学中的最经典的合成方法(有机人名反应)仅有两百多个，“我要研究出一个能载入教科书的合成法。”这是铃木教授的初衷。找新的合成法需要大量的实验工作，诸如改变反应温度，或者是添加微量物质等，是个不起眼、需要反复不断地去试验的工作，铃木教授在北海道大学这样一所远离东京、大阪等大城市喧嚣的地方大学，日复一日、年复一年地默默工作。
即便是“铃木反应”已经成为学界承认的一个重要反应，在1990年代依旧找不到具体使用这种反应的产业。“那时做有机化学的人非常纠结，看不到新的发展方向，对于‘21世纪将会是有机化学大放异彩的时代’‘新材料将大量出自有机化学’等说法半信半疑，有野心的人更愿意去做全新的研究，离开了有机化学领域。”一位化学专家对《中国新闻周刊》说。那时候，没有人能想象在进入21世纪后，诺贝尔化学奖能够连续三次授予有机化学方面的学者，而铃木、根岸等日本学者，则一直在这个领域辛勤地耕耘着。
2001年，日本名古屋大学的野依良治教授以“手性催化”方面的成就获得诺贝尔化学奖，有机化学作为化学这门核心科学的重要组成部分，在现代医药及电子材料等方面的新作用开始崭露头角。
“钯催化交叉偶联反应到了21世纪忽然被发现在医药产业上能得到大量的运用。”王东研究员对《中国新闻周刊》说。世界数家大型制药公司，开始使用这个反应生产治疗高血压、肾脏病等方面的药物。日本医药公司用铃木反应生产的降压药，2009年在日本国内就有1400亿日元(约120亿人民币)的销售额。“最近几年，电子领域也开始瞩目铃木反应，相关成果不断被推了出来。”王东研究员说，手机等屏幕上使用的有机电子发光材料(OLED)便是其中的一种，因为使用了铃木反应，让屏幕变得更加清晰了。
在有机化学不那么热门的时候，日本却集中了很大的力量从事这方面的研究，让研究更加精密化，积累了相当多的成果。“肯在一个研究领域花几年、十几年的时间去研究，这是日本科研体制的一个很大特点。”中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室首席科学家丁洪研究员对《中国新闻周刊》说，那是一种对科研严谨、持久的态度，并不一定要和获奖、和产业紧密连接起来，很多是最基础的研究，但日本就是要将这样的研究做到极致。
诺贝尔的东方潜力
自2000年白川英树获得诺贝尔化学奖以后，10年内已经有6名日本人获该奖。中国科学院化学研究所分子识别与功能院重点实验室范青华研究员对《中国新闻周刊》说，“今后日本科学家再次获得化学方面的奖项，没有太大的悬念。”谈到2000年以后，有4位日本人先后摘取了诺贝尔物理奖时，丁洪对《中国新闻周刊》说，“今后几年将不断有日本科学家获得此奖，因为他们已经做了大量的积累。”
从上个世纪60年代开始，有众多的日本学生漂洋过海去了美国，铃木章、根岸英一便是其中的一员。他们一些人学成后有的回到了日本，如铃木章，也有的在美国留了下来，如根岸英一。之后很长一段时间，持续有日本人在美国大学读博士、做博士后研究。到了70年代，开始有韩国人、中国台湾人陆续来到了美国，成为各个研究室中博士后的主要来源。80年代以后，中国人成为了美国大学理工科研究的重要力量，在数量上大大超过了过去的日本人、韩国人。
“在物理学领域，今后十年内美籍华人或者是中国籍的物理学家摘取诺贝尔奖应该不会有太大的问题。”丁洪研究员说。1980年以后的三十年，中国物理学的水平在很多领域走到了世界的前沿。“在化学领域，我们国家这十年来的成绩相当喜人，也得到了国际化学界的承认。”范青华研究员说，从论文数量上看，美国一家调查公司给出的数字是，2007～2009年在世界主要学术杂志《化学》和《材料》上刊载的论文，有20%来自中国，大大超过了日本的不到10%。
“世界的科研中心曾经很长一段时间在英国，后来转到了德国，再后来是美国。现在亚洲的研发力量已经跟了上来。”丁洪研究员说，今后数年，日本有可能继续摘取诺贝尔各种奖项，中国在化学、物理及医学方面也有获奖的可能。
[中国新闻周刊]