全球催化不对称合成研究现状与趋势

本文刊载于《科学观察》2006年第1卷第4期P25-P31。

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手性科学的研究是手性医药和农药开发的科学基础和技术支撑，是有机化学家广泛重视的课题，是有助于人类认清自然界中若干基本问题的重要切入点。

催化不对称合成是以化学手段获得光学活性物质的方法之一，即合成具有手性的化合物，而分子的手性是指互为镜像关系的化合物在三维空间上的非重叠性。由于催化不对称合成是最有效的方法，它很容易实现不对称增殖，一个高效率的催化剂分子可以产生成百上千乃至上百万个光学活性产物分子，达到甚至超过酶催化的水平。因此，开发高效率、高选择性、高产出率的手性催化剂已经成为发展手性技术的核心问题。

手性配体与催化剂的设计与合成是不对称催化研究中永恒的主题, 尽管已经有成百上千的优秀手性配体合成出来，但没有任何一种配体或催化剂是通用的，所以合成化学家还在不断地探索，力求能设计并合成出性能更优异的新配体和催化剂。手性配体和催化剂的设计应遵循的原则是：催化效率和选择性高、适用范围广、结构简单、原料易得、合成方便和容易得到两种对映异构体。近年来，以不含金属的有机小分子作为催化剂的不对称反应取得了很大的进展，成为不对称催化研究的一个新热点。

在过去的十几年中，与催化不对称氢化和不对称氧化反应的成功相比，对于催化不对称碳-碳键和碳-杂原子键的形成反应的研究还存在很多挑战性的问题，一方面由于涉及的反应类型多种多样，另一方面催化反应的效率一般相对较低，因此近年来人们对于这方面的研究工作给予了极大的关注，特别是在发展新的不对称催化反应方面，并取得了一些重要进展。

在不对称催化领域中，有机化学家在理论方面还应强化研究，争取提出更多有利手性催化剂设计的新概念。同时，在不对称催化反应的实用和高效方面也需要投入更多的研究资源，这是因为，虽然目前许多不对称催化反应的对映选择性都可以达到很高的水平（ee值>95%），但是1%〜10%的催化剂用量通常情况下是没有实用价值的，因此，催化剂的活性和效率是今后不对称催化研究中需要解决的关键问题之一。

手性科学的研究不仅为手性医药和农药的开发提供了科学基础和技术支撑，而且在包括材料科学和信息科学等在内的其它相关科学领域显示出重要应用前景，如手性液晶显示、手性传感、手性分离等。更为重要的是，手性科学研究有助于人类进一步认识自然界中的若干基本问题，如生命过程中手性的起源、手性的传递与放大及手性分子相互作用的规律。(www.xing528.com)

1994—2003年，催化不对称合成领域的SCI论文共计15 249篇。从论文的年代分布来看呈现从少到多，逐年增长的发展态势（见图1）。2003年与1994年相比，论文数量翻了一番。在10年的全部论文中，共涉及73个国家和地区，而近5年论文数量最多的TOP20国占了当期全部论文的92.7%，可见，催化不对称合成领域的研究工作主要集中在TOP20国。

美国和日本两国是催化不对称合成领域的超级强国，两国的论文占该领域近5年世界论文总量的三分之一（33.3%）。1994—2001 年，美国、日本、德国和法国的论文数量排名次序几乎一成不变。但是，从2002年开始，中国作为一匹黑马，跃居第4名，取代了法国（见表7）。

在TOP20国中，中国是发展势头最为强劲的国家。将10年的数据分成前后两个5年期进行观察，中国的论文数量，从前一个5年期的世界第10名上升至第二个5年期的世界第5名。1994年中国在催化不对称合成领域仅有7篇论文，到2003年达到189篇论文，为当年世界排名第四（见表7）。中国的论文被引频次，从前一个5年期的世界第12名上升至第二个5年期的世界第9名。1994年中国在催化不对称合成领域的论文被引频次排名世界第22 位，到2003年跃居世界第6位（见表8）。数据表明，最近5年是中国催化不对称合成研究工作快速发展的时期。

从篇均引文指标和世界TOP10%引文基准线来看，中国还存在一定的差距，但是这种差距最近几年正在缩小。1994—1999年，中国大于世界TOP10%引文基准线的论文数量微乎其微，2000年以后开始有起色，该指标的论文数量已经超过英国和法国，但是还远不如美国、日本和德国（见表1）。在篇均引文指标上，中国与世界平均水平相去甚远，全面落后于科技五强（见表2），但是2002年与1994年相比，有所进步（见图3）。

中国的近邻韩国在催化不对称合成领域的研究也颇具发展优势。韩国的论文数量从1994年位居世界第17名，跃居2003年的世界11名，被引频次数量从1994年的24名上升到2003年的第13名（见表7，表8）。

从催化不对称合成领域SCI论文数量的世界TOP10科研机构的分布来看，日本的京都大学摘取了世界第一的桂冠，不仅如此，日本竟然有4所大学入围TOP10机构。此外，意大利有2家机构入围。各国有实力的机构在此纷纷亮相，几乎打破了人们思维定势中科技五强统领大局的模式。但是在机构被引频次的世界排名中美国的哈佛大学是当然的第一，而日本的京都大学和东京大学也颇具实力，几乎与哈佛大学站在同一水平线上。中国科学院上海有机化学所也成为耀眼的新星，入围了论文数量第二和被引频次第六。