制造分子是一项艰苦的工作。原子必须通过一系列化学反应拼接成特定的排列，这些反应通常缓慢、复杂且浪费。2021 年诺贝尔化学奖旨在表彰两位科学家，他们在世纪之交开发了一种工具，彻底改变了化学家构建新分子的方式，使该过程更快、更环保。
德国鲁尔河畔米尔海姆马克斯普朗克研究所的化学家本杰明·李斯特（Benjamin List）和普林斯顿大学的大卫·麦克米伦（David MacMillan）因独立开发有机催化剂而获奖，这些催化剂可加速构建特定分子所需的化学反应，这一过程称为不对称有机催化。瑞典皇家科学院 10 月 6 日在斯德哥尔摩举行的新闻发布会上宣布，两人将分享 1000 万瑞典克朗（超过 110 万美元）的奖金。
“这是对非常重要的工作的恰当认可，”美国化学会主席 H.N. Cheng 说。
“我们可以将化学家视为实验室里拥有魔杖的魔术师，”程说。“我们挥动魔杖，反应就会继续。”他说，这些诺贝尔奖获得者给了化学家“一根新魔杖”，它的效率大大提高，而且浪费更少。
制造新药或设计新材料通常需要从更简单的化学构件构建新分子。但这些化学构件不能简单地拼凑在一起。相反，它们必须通过一系列化学反应以精确的排列仔细组合。许多化学反应会产生两种版本的分子，它们互为镜像，而且这两种版本通常会产生截然不同的效果。例如，沙利度胺，一种 20 世纪 50 年代和 60 年代用于治疗孕吐的药物，由于该分子的一个镜像而导致 10,000 多名婴儿出生缺陷。 序列号：12/24/94）。因此，构建这些不对称分子并控制产生哪个版本的分子非常重要，特别是对于药物开发而言。
化学反应可以通过催化剂来促进——催化剂是加速化学反应而不被化学反应改变的分子主力。历史上，化学家已知两种催化剂：酶和金属络合物。酶是一种又大又笨重的蛋白质，经过进化磨练，可以在体内发挥非常特定的化学作用，但它们很难在实验室中大规模使用。铂或钴等金属也可以引发一些反应，但许多金属只能在无空气、无水的环境中起作用，而这在制造环境中很难实现（ 序列号：2017 年 2 月 21 日 ）。此外，许多金属催化剂对环境也有毒并且采购成本昂贵。
在化学史上的大部分时间里，这些是想要制造新分子的化学家唯一可用的工具。“但到了 2000 年，一切都变了，”瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学化学家、诺贝尔化学委员会成员佩尼拉·维通 - 斯塔夫谢德 (Pernilla Wittung-Stafshede) 在新闻发布会上说道。
当时在加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所工作的本杰明·李斯特正在研究羟醛反应，该反应通过碳键将两个分子连接在一起。在生物体中，此类反应对于将食物转化为能量至关重要，并且依赖于一种名为醛缩酶 A 的大型复杂酶。然而，该酶中只有一小部分实际上催化了该反应，List 发现单个氨基酸（脯氨酸）可以完成这种大而笨重的蛋白质的工作，同时还可以比另一种更频繁地生产一种最终产品。
“当我做这个实验时，我不知道会发生什么，我想这可能是一个愚蠢的想法，”李斯特在新闻发布会上说。“当我看到它起作用时，我确实觉得它可能会成为一件大事。”
列表不知道的是，麦克米伦大约在同一时间也在寻找替代的有机催化剂。当时在加州大学伯克利分校的麦克米伦专注于另一种化学反应，即狄尔斯 - 阿尔德反应，该反应会形成碳原子环。 序列号：11/18/50）。这是一个重要的反应，如今用于制造橡胶和药品等不同的产品，但反应非常缓慢，并且依赖于在潮湿时不起作用的挑剔金属催化剂。麦克米伦设计了有机小分子，以更简单的方式模仿金属的催化作用，同时也有利于产生最终产品的两种可能的镜像之一。他创造了这种新型催化“不对称有机催化””。
李斯特和麦克米伦的发现引发了未来二十年寻找更多有机催化剂的研究爆炸式增长，这些工作有助于药物发现以及其他用途。
瑞典隆德大学化学家、诺贝尔化学委员会成员 Peter Somfai 在新闻发布会上表示，全球约 35% 的国内生产总值依赖于催化。“我们现在拥有一种新的强大工具，可用于制造有机分子”，它比以前的方法更加高效和环保。
Somfai 强调了使用神经毒素士的宁在效率上的飞跃。该分子本身对化学家来说没有用，但其复杂的结构使其成为比较不同合成方法的良好基准。此前，化学家依赖于 29 种不同反应的极其浪费的过程，其中只有 0.0009% 的初始材料转化为士的宁。Somfai 表示，利用有机催化，马钱子碱现在只需 12 个步骤即可合成，整个过程的效率提高了 7,000 倍。由于这种额外的效率是在不使用有毒金属的情况下获得的，因此有机催化是一种更环保的化学品合成方式。
Somfai 说，如果构建新分子就像下棋，那么有机催化已经“彻底改变了游戏规则”。“这就像添加一个可以以不同方式移动的新棋子。”
