瑞典皇家科学院１０月６日宣布，美国科学家理查德·赫克和日本科学家根岸荣一、铃木章，共同获得今年的诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院说，这３位科学家因在“有机合成中的钯交叉偶联反应”方面的贡献而被授予该奖项。这样阐述获奖原因，绝对让许多读者一头雾水。那么，这种反应是怎么回事？对人类能起到什么作用？

　　让碳原子“手牵手”

　　现代科学有很多专业领域，许多研究内容听起来高深莫测，但又非常重要，本届诺贝尔化学奖就是典型。“钯交叉偶联反应”（以下简称“钯反应”）这一名词给了非专业人士一个下马威。

　　诺贝尔奖官方网站上评价说，钯反应是“当今化学家们所用到的最先进工具之一，让人类能在试管中合成各种非凡的化学物质”。钯（一种稀有金属元素，常用作催化剂）反应何以得到如此高的评价呢？这要从它在有机合成中扮演的重要角色说起。

　　有机物（含碳元素的化合物）是生命活动的物质基础，碳原子以其独特的化学性质充当了各种有机物的“骨架”。千百万年来，自然界以多种方式制造有机物，从而形成大千世界。在见证了大自然的鬼斧神工后，人类逐渐在试管中合成能为自身所用的有机物，这些物质往往是重要的化工产品，如药物、塑料、电子材料等。合成有机物的关键是将碳原子连接在一起，但碳原子的稳定性很强，它们之间并不能轻易发生反应。

　　怎么让这些“懒洋洋”的碳原子“手牵手”呢？科学家们经历了一个艰辛的探索过程。约１００年前，法国化学家维克多·格林尼亚发现，将一个镁原子同一个碳原子偶联（两种元素发生化学反应，得到一个有机分子的过程）在一起，会将额外的电子推向这个碳原子，使它更容易同另外一个碳原子“牵手”。这一成果使格林尼亚获得了１９１２年诺贝尔化学奖。不过，科学家们发现，此举在创造简单分子时有良好效果，但在合成更为复杂的分子时，却在试管里出现了很多不需要的副产品。

　　上世纪６０年代，美国科学家理查德·赫克为钯催化交叉偶联反应奠定了基础，１９６８年，他报告了新的化学反应——赫克反应，将烯烃（分子结构中含碳－碳双键的碳氢化合物）在钯催化作用下合成大分子。１９７７年，日本科学家根岸英用锌原子将碳原子运送到钯原子上，实现了“根岸反应”；两年后，铃木章用硼元素取代锌，实现类似效果，且毒性更低，适合规模化生产，这就是“铃木反应”。这３个反应经过不断改进，已在化学界和工业界取得了重要地位，用于许多物质的合成研究和工业化生产。

　　钯：优秀的“媒人”

　　交叉偶联反应，是指在过渡金属催化下，使Ａ、Ｂ两种不同的有机小分子联结，不断累加形成复杂大分子，整个过程就像搭积木。这里有多种金属都可以作为催化剂，形象地说它们的作用是“媒人”，在Ａ、Ｂ本来难以接近的情况下通过一系统过程最终使它们结合，但在整个化学反应中自身没有消耗。钯是一位颇具亲和力的优秀“媒人”，如果它不是如此出众，今年获得诺贝尔化学奖就可能是“Ｘ（其他催化剂）交叉偶联反应”了。

　　在原子组成中，电子在一个或多个轨道中围绕带正电的原子核运行。有机物里重要元素如碳、氮和氧的原子，最外层如果有不多不少８个电子，就会很稳定。如果不是８个，原子就倾向于多退少补，与别的原子“交易”电子，从而形成８电子稳定结构，这个“交易”电子的过程就是化学反应。失去最外层电子的反应叫氧化反应；最外层得到电子的反应是还原反应，氧化或还原反应都会使原子最外层有８个电子。在有机小分子中，碳原子自身最外层的４个电子，加上与其他原子共享的电子，往往使碳原子外层电子总数达到稳定的８个。这种状态下的碳原子，既不想再从别的原子那里夺来电子，也不想把自己的电子交出去，因而不容易与其他原子结合。

　　钯反应主要包括卤代烃（烃分子中的氢原子被卤素原子氟、氯、溴、碘等取代后的化合物）与有机硼、锡、硅、锌或镁以及烯烃和炔烃（分子中含有碳－碳三键的碳氢化合物）的反应，这里每一种反应都对应今年诺贝尔化学奖所肯定的一种重要发现。其中卤代烃与烯烃、有机锌、有机硼的反应，分别对应赫克反应、根岸反应、铃木反应，这三大反应在钯反应的发展中起到了奠基性作用。

　　开启人类的药品宝库

　　如今，这３个反应经过不断改进，在化学界和工业界取得了重要地位，应用于许多物质的合成研究和工业化生产。例如赫克反应被用于合成抗癌药物紫杉醇和抗炎症药物萘普生，铃木反应则帮助合成了有机分子中一个体格特别巨大的成员——水螅毒素（海生软珊瑚中分离出来的剧毒物质，分子式为Ｃ１２９Ｈ２２３Ｎ３Ｏ５４，即１个水螅毒素分子包含１２９个碳原子、２２３个氢原子、３０５４个氮原子）。科学家还尝试用这些方法改造一种抗生素——万古霉素的分子，用来杀灭有超强抗药性的细菌。此外，利用这些方法合成的一些有机材料能够发光，可用于制造只有几毫米厚、像塑料薄膜一样的显示器。

　　诺贝尔化学奖委员会主席拉尔斯·哲兰德说：“目前２５％的合成药品都由这３种反应中的一种制成，因此，３位获奖者的发明对制药工业具有举足轻重的影响。钯具有非常神奇的特性，它可以让两个不同的碳原子连接在一起，使得它们更靠近，并且在非常温和的环境下就能发生反应。”

　　哲兰德的话很好地说明了钯反应在现代制药工程中的重要性。药品是人类与疾病抗争、保障自身健康的关键所在，许多重要药品如抗生素、干扰素（一组具有多种功能的活性蛋白质，可抵抗多种病毒）等都是最先在自然界中找到的。但这些物质的天然产量非常少，因此价格昂贵。钯反应大规模应用于制药产业后，这种情况才得以改观。如今人类发现了某种很有潜力的天然产物后，只需要先摸清其结构和特征，然后“依葫芦画瓢”，自己合成出来。因此可以说，这３种反应为人类大大丰富自己的药品宝库提供了钥匙。