新华网北京10月6日电（记者王艳红）强力抗癌药物、高效的有机杀虫剂、能够自己发光的薄膜显示器，这些东西有什么共同点？那就是，它们都由复杂有机分子组成，如果没有2010年诺贝尔化学奖获得者们的研究成果——钯催化交叉偶联反应，人工合成这些分子就非常困难。
碳元素是地球生命的基础，有机分子都有着碳原子搭成的“骨架”。碳原子之间的结合是有机化学的核心，有关研究已经带来了好几个诺贝尔奖。人们经常会在自然界新发现一些有巨大应用潜力的复杂有机物，但这些物质的天然产量往往很少，如果不能有效地人工合成，潜力就无法变成现实。
将小的有机分子拼装起来，可以制造出大分子。但是，让来自不同分子的碳原子互相结合，不是一件容易的事，这涉及到原子周围的电子数——影响到化学反应的关键因素。
电子就像带负电的云，围绕着带正电的原子核。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，发生化学反应。
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。
怎么让这些懒洋洋的碳原子活跃起来，好将它们凑作一堆？一百多年前人们已经想到办法，法国科学家格林尼亚发明了一种试剂，利用镁原子强行塞给碳原子两个电子，使碳原子变得活跃。这是一项非常重要的成果，使格林尼亚获得了1912年的诺贝尔化学奖。
但是这样的方法在合成复杂大分子的时候有很大局限。人们不能控制活跃的碳原子的行为，反应会产生一些无用的副产物。在制造大分子的过程中，副产物生成得非常多，反应效率低下。
用钯作为催化剂可以解决这个问题。钯原子就像“媒人”一样，把不同的碳原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合——也就是“偶联”，而钯原子本身不参与结合。这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度，副产物比较少，更加精确而高效。
20世纪60年代末至70年代初，美国科学家理查德·赫克研究出了后来被称为“赫克反应”的方法，利用称为烯烃的有机小分子在钯催化作用下合成大分子。1977年，日本科学家根岸英一用锌原子将碳原子运送到钯原子上，实现“根岸反应”。两年后，日本科学家铃木章用硼元素取代锌，实现类似的效果，并且毒性更低，适宜规模化生产，这就是“铃木反应”。
如今，这三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。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。
(责任编辑：周径偲)
来源：新华网
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