10月7日，2019年度諾貝爾「生理學醫學獎」揭曉； 10月8日， 「諾貝爾物理學獎」揭曉，10月9日，將揭曉「諾貝爾化學獎」……諾貝爾獎的各大獎項將陸續揭曉。
每年諾貝爾獎揭曉時，新聞媒體都會追蹤報導， 讓人感嘆、佩服。但可能也有不少人並不理解這些獲獎的研究到底有什麼意義。諾貝爾獎是授予那些「對人類做出傑出貢獻的研究」，其中，有不少研究成果與我們的生活息息相關。
筆者分3期來回顧那些曾改變我們的世界的獲得諾貝爾獎的研究。這次是第三期，也是最後一期，我們來談談「諾貝爾化學獎」。
化學反應，即等於「製造」
一聽到「化學」，可能很多人就會想起在學校上課時學到的各種化學反應，以及隨之而來的各種分子結構式等。筆者當年也是很苦惱，看著一堆化學分子式如同天書一般，一想到上化學課就頭大。而且說到化學反應，可能很多人覺得這不過是科學實驗室的事，跟自己的生活距離很遠……這種感覺，我懂你！但是，其實我們身邊很多東西在製造時，都需要進行化學反應。
從塑料、化學纖維這些常見的材料到藥品等，我們身邊的很多東西都是利用化學反應製造出來的。比如，你在讀此文時使用的智慧型手機或電腦上使用的「有機EL」屏幕，毫無疑問也是化學反應的產物。所謂化學反應，可以說就是製造本身。
其中製造時最重要的化學反應之一就是「交叉耦合反應」。2010年，獲得諾貝爾化學獎的3名研究者進行的正是這方面的研究。針對如何有效利用「鈀」這一金屬元素，取得相關實際研究成果的美國科學家理察-赫克、日本科學家根岸英一和鈴木章均為獲獎者。
拓寬製造範圍的「交叉耦合反應」
那麼，交叉耦合反應到底是什麼呢？為什麼能獲得諾貝爾獎？為什麼這項研究成果能獲得如此高度評價呢？用一句話來總結一下就是：兩種不同有機化合物的分子是利用「碳-碳」鍵連接起來的反應。
「有機化合物」、「分子」、「碳」這些名詞乍聽，感覺很難懂的樣子。那麼，簡單來說，「分子」，是具有某種特定形態和性質的最小單位，多數物質是分子的集合體。各種分子由不同類型的結構部分組合而成的。不同的結構及形態構成了分子特有的性質。並且，分子形成中不可缺少的構成要素是「碳」。我們使用的塑料也好，醫藥品也好，身邊的其他東西也好，大都含有碳元素。把碳和其他結構元素匯聚起來組成的分子集合體稱為「有機化合物」，若是人工創造出來的則稱為「有機合成化合物」。
若能將有機化合物的碳元素們按照我們所想的連接起來，就可能實現「有機合成」，給帶來新的製造可能性，有助於創造出更多的物質。但是說起來容易，實際上做起來非常困難。正因為如此，一些將碳和碳巧妙結合的化學反應獲得了諾貝爾化學獎。交叉耦合反應，是一種能把既往無法很好結合在一起的物質輕鬆連接在一起的卓越手段。
交叉耦合反應中不可或缺的「催化劑」的存在。獲得諾貝爾獎的3名科學家，使用鈀這一金屬元素作為催化劑。在這之前，雖然已有使用其他金屬催化劑的交叉耦合反應，但是能夠粘合的有機化合物極其有限。如果使用鈀則可以連接各種各樣的有機化合物，可製造物質的範圍變化大了。因此獲得高度好評，並獲得了諾貝爾獎。
在這裡，筆者講一下日本科學家鈴木章博士發現的「鈴木-宮浦交叉耦合」反應。這種反應的優勢在於「簡單」。由於其簡單，不僅在全世界的研究室使用，在工廠也開始使用。以液晶材料和導電性材料為首，還依靠此化學反應生產出了各種醫藥品和農藥等產品。
物質結合不可缺少的「催化劑」的關鍵「標籤」
讓我們再次關注一下剛才的化學反應的印象圖。在有機化合物A和B中，各自帶有一種相應的標籤，它的專業術語中叫做「官能基」，在耦合反應中是很重要的存在。若沒有這些「標籤」，相對萬能的鈀觸媒也不能工作。應該結合在一起的有機化合物們，應該在何處結合，是由標籤進行判斷的。
獲得諾貝爾獎的3位科學家開發的鈀催化劑交叉耦合反應，粘合在一起的有機化合物標籤各不相同。
鈴木章博士發現的反應標籤是使用硼元素。這一標籤有很多優點。比如，即使沒有像實驗室那樣能夠很好控制的環境條件，只要在試管中混入就會產生反應，且比起之前開發的標籤毒性要低得多。正因為如此，在工廠也可以應用到批量生產上，從而生產出各種對生活有用的東西。
比如先前所說的智慧型手機、電視畫面等上面使用的有機EL、高血壓藥品、培育蔬菜時使用的農藥等，現在我們使用的很多東西，如果沒有這項研究，或許還不能實現。
交叉耦合反應的更進一步研究
交叉耦合反應跟我們的生活息息相關，既可以獲得諾貝爾獎，也在全世界獲得到好評。化學反應的相關研究依然在進行著。
為了引起耦合反應，需要相應的標籤。也就是說，必須讓想要粘在一起的有機化合物需預先持有標籤。但是根據有機化合物的種類，有時候很難做到。那麼，別的標籤不行嗎？如果沒有標籤，能夠發生反應嗎？這項都正在進行研究當中。另外，作為催化劑的鈀金價格很貴，能否使用其他金屬等的相關實驗也在持續著。
而且最近，人們考慮到相比人腦思考，設定一定條件的機械運算更有效率。於是，出現一些新的動向，比如利用計算機的機械學習來加速對化學反應的研究。化學反應的條件，還需要調節溫度、將溶液轉化為酸性（或者鹼性）等。使用怎樣的標籤，怎樣的催化劑，怎樣的條件，才能獲得最佳的結果，這些條件的組合數目龐大，所以使用計算機來尋找合適的條件也是必要的輔助收到。雖然現在還只達到人類可以預測的水平。但是今後，在化學製造的世界裡，可能也會發生許多由於機械學習而引起的重大變革。
現在全世界很多化學家們都以製造新物質作為研究目標，雖然屢有失敗，但也有不少新的發現。在我們身邊觸手可及的工業產品背後，有著化學家們的努力和貢獻，他們給我們創造了更豐富多彩的世界。
今年的諾貝爾化學獎於10月9日（星期三）下午5點45分揭曉。到底什麼樣的研究才能獲獎呢？拭目以待！
（題外話：①本號改名為：無心講談社，原名：田姐看日本。發文宗旨不變，內容更豐富，絕不敷衍，還請繼續關注。
②這個系列內容比較深奧，共三篇，一篇沒有推薦，另一篇閱讀量也很少，但我不想半途而廢，所以還是將第三篇發了出來，也算是給自己一個交代。）
原創編譯：無心講談社（即 田姐）