本文刊载于《科学观察》2007年第2卷第5期P59-P60。
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30多年前，脯氨酸的作用第一次被科学家所注意，因为它不仅能催化有机反应，而且会产生特定的对映异构体；然而，这并没有激起科学家太多的兴趣。直到大约7年前，脯氨酸的潜力才被重新关注，而有机催化研究正在成为热点领域。
脯氨酸作为催化剂使用有一定的局限性，因为它是高极性分子，只能溶解于水、甲醇一类的高极性溶剂中；显然，在化学反应中当反应物或产物与脯氨酸不相容时，脯氨酸便受到了限制。不过，英国剑桥大学化学系的有机化学家Steve Ley及其研究小组成功地克服了这一障碍，相关的研究成果发表在论文1中。其实验采用了三种改性脯氨酸，即脯氨酸中极性的羧酸基团被其他功能团所代替，一个功能团是四唑环，另外两个分别是甲基或苯基酰基磺酰胺功能团。其机理是只在功能团中保留一个质子，以此降低脯氨酸的极性，增大其在不同溶剂中的溶解性。Ley教授把改性脯氨酸应用在了三种被广泛采用的化学合成反应中：不对称Mannich 反应、nitro-Michael反应和aldol反应，结果表明，催化性能均超过了未改性的脯氨酸。
例如，环己酮与亚胺基乙醛酸乙酯之间的Mannich反应，该反应的溶剂为非极性溶剂二氯甲烷。如果加入5%的脯氨酸作为催化剂，两小时后，并没有得到任何产物；然而加入等量的四唑催化剂，两小时后，可以得到大约65%的产率，并且99%的产物为同一对映体。同样令人感兴趣的是，催化剂的量减少到1%，尽管反应需要进行16h，但仍然可以得到较高的产率，产物的单一性依然极高。磺酰胺类催化剂的使用效果一样良好，带有苯基的一类无论在二氯甲烷、甲醇、二甲亚砜或者四氢呋喃溶剂中，均表现出了优秀的催化性能。本实验中，催化剂的含量为20%。
其他类型的反应，催化结果差别较大。其中包括环己酮与beta-硝基苯乙烯之间的nitro-Michael反应以及不对称aldol反应。在研究大量酮类的aldol反应中，直链酮类产物的选择性较高，然而，环酮类的结果却不尽人意。近来，Ley用四唑催化了丙二酸与烯酮 ( K . R .Knudsen, et al., Chem. Commun., 1: 66-8, 2006)以及硝基烷烃与烯酮(C.E.T. Mitchell, etal., Chem. Commun., 42:5346-8, 2005)的共轭加成反应，再次得到了良好的结果。论文1研究了醛类制备手性3,6-二氢- 邻二氮杂苯 (A.J. Oelke, et al., Synlett., 16: 2548-52, 2006)的有机催化反应，以及硝基烷烃与不饱和环类和非环类体系(C. E. T. Mitchell, et al.,Org. Biomol. Chem., 4[10]: 2039-49, 2006)的共轭加成反应。论文1并不是本期热点唯一一篇研究有机催化的论文，东京大学YujiroHayashi实验室发表的论文3是关于醛类与硝基烷烃之间的不对称Michael反应，其催化剂是二苯基-2-吡咯烷酮甲醇的三甲基硅烷基衍生物。催化剂含量为10%～20%，产率范围为70%～85%，对映体选择性为99%。Hayashi甚至设想了催化剂和硝基烷烃可能的过渡状态。(https://www.xing528.com)
为什么有机催化能引起科学家如此大的研究兴趣呢？数十年来，最好的有机催化剂大都是金属有机催化剂，反应分子作为配体吸附在催化剂上，从而使反应分子相互之间靠得更近，更容易发生化学反应。显然，有机催化剂也必须能让反应分子彼此之间距离更近。随着研究的深入，可以想象，更多令人激动的催化剂将被发现。也许有一天，科学家将会发现这些催化剂是如何起到催化作用的。
在这一天到来之前，我们所能做的事情就是等待下一篇里程碑式论文的出现。
翻译：朱海峰 审校：马建华
*John Emsley 博士，英国剑桥大学化学系
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