访谈-东京大学-小林修教授（上）

问题1

大学三年级时我在理学院主修化学，但在大一和大二时我也对生物学产生了兴趣，认为“生物反应很有趣”。在生物体中，水大量存在，酶充当催化剂，催化人体所必需的各种化学反应，所以从那时起我就一直对“水作为溶剂”抱有兴趣。

我的恩师是向山光昭教授，当时我还是向山实验室初出茅庐的研究生，一本杂志刊登了一个名为《未来的化学梦》的专题。当时向山老师说：“如果在水中可以脱水的话，那么核酸和低聚糖等都可以在水中合成。”因为在水中一般会发生“水解”，所以我觉得“脱水”才是令人惊奇的。

32岁的时候，我在东京理科大学建立了一个独立的研究实验室，那时，向山教授所说的话一直留在我的脑海里。

当时，我也一直对生物学很感兴趣，开始了以水为溶剂的有机反应研究。生物体中进行着非常精密的有机合成反应。我们的肺和脑含有80%以上的水，体内平均含水量为60～70%，以酶为催化剂的有机合成就是在这大量的水中进行的。而且，该反应的化学产率是100%，选择收率为100%。这可以说是即使是最新的有机合成化学也很难达到的理想反应。因此，我们希望通过开发一种催化剂来实现这种生物反应。

在以水为溶剂进行有机化学研究时，我偶然发现了一种路易斯酸催化剂，一种稀土金属三氟甲磺酸盐，它在水中可稳定发挥作用。这是化学史上的重要发现。这使得以水为溶剂的有机合成研究取得了快速进展。随着这项研究的深入，我们的研究进入了“绿色化学”。

问题2

当时我听了向山光昭教授“实验研究是多么有趣”的讲座，并在大四时被向山教授的实验室录取。我觉得我现在的研究风格很多方面都是继承了向山教授。他的研究立场是“你不能模仿别人”、“你不能跟随别人”、“你必须做你自己的事情”。由于化学是以自然科学为实验中心，因此在很多情况下实验进展不顺利。当实验不顺利的时候，我们不要感到沮丧，而应该坦诚地接受结果，并以积极的态度认为下次实验会顺利，充满激情地去努力。尽管时间已经过去，我认为这些想法对于许多研究人员来说仍然是有用的。

问题3

我们尝试了各种有机反应，在烧瓶中实现水中发生的生物反应。在以水为溶剂进行有机化学研究时，我发现了稀土金属三氟甲磺酸盐，即路易斯酸，可以在水中稳定发挥作用。在此之前，化学界认为“路易斯酸在水中会分解”，因此这是一个打破常识的重大发现。这导致以水为溶剂的有机合成研究取得快速进展。同时，世界范围内的环保意识不断增强，绿色化学的思想在有机化学领域逐渐深入人心，我们以水为溶剂的研究正是绿色化学研究，因此也引起该领域研究人员的关注。

正如我刚才所说，“路易斯酸在水中会分解”是化学常识，但仔细调查后发现，实际上除了稀土金属三氟甲磺酸盐以外，还有在水中发挥稳定作用的路易斯酸。另外，我们还发现那些路易斯酸有共同的化学性质。

作为有机反应，在发现稀土金属三氟甲磺酸盐时，即使以水作为溶剂，也必须溶解反应底物，在反应中加入有机化合物时，为了使其溶解，需要使用有机溶剂，反应是在水和其他有机溶剂的混合溶剂中进行的。

然而，生物体中不含有机溶剂。因此，我们想知道烧瓶内是否能进行100%水作为溶剂的有机反应。那时我们提出了添加“表面活性剂”的想法。类似于我们身边的肥皂和洗发水。水溶液里稳定的路易斯酸中引入表面活性剂特性，开发了一种新型催化剂，并用其实现了100%在水中的有机反应。

问题4

“有机反应在有机溶剂中进行”是有机化学的常识，但随着绿色化学的普及，目前世界各地正在积极研究“以水为溶剂的有机化学”。

我们在水中实现了之前被认为在水中无法实现的高效率催化不对称合成，实现了开头向山老师当时所说的“在水中的脱水反应”等，取得了很多成果。在这些研究中，我们发现了许多反应在水中相比其他有机溶剂所没有表现出来的高反应性和选择性。

几年前，我的一个发现作为前沿热点。实际上这是一个完全出乎意料的发现，当时正在进行水中催化不对称合成反应的开发。在硼与不饱和羰基化合物的加成反应中，我们发现其在水中的催化效率远远高于在其他有机溶剂中的催化效率，当我们研究其背后的因素和反应机理时，我们发现在该反应中，不仅反应底物，催化剂和不对称配体都不溶于水。也就是说，我们发现在底物和催化剂都不溶解的情况下进行非常高效的催化反应。

问题5

是的，通常的有机反应首先从溶解底物开始。有机化学中使用的底物大部分是有机化合物，因此有时需要使用非水有机溶剂溶解一些有机化合物。但是，也可以不溶解。即使没有任何物质溶解，反应也会继续进行。此外，该反应比在溶解的溶剂系统中进行得更有效。

虽然此次发现为有机化学舔砖加瓦，但人们很难理解其背后的因素。在这种情况下，我想总结整理一下水中进行的有机反应。但正如我之前提到的，世界各地正在积极研究水中的有机反应，所以其数量庞大，但没有对其整理、分类、全面理解的研究。因此，我们尝试对水中有机反应中实用性较高的有机反应进行分类。

问题6

首先，我们根据反应底物是否溶于水，是否可以使用表面活性剂溶解，是否完全不溶于水来进行分类；其次，根据催化剂所在的部位，水中、胶束中、使用的反应底物中、或者独立存在，大致分为7种类型。我们发现，在我们分类为Type IIIc型的反应体系中，即反应底物和催化剂均不溶于水的反应体系中，反应速度明显加快。我们发现水、反应底物和催化剂形成的界面起着非常重要的作用，并且该界面似乎成了反应场。

问题7

目前，我们正在努力研究什么样的界面形成了如此优秀的反应场。然而，这并不是一件容易的事。另一方面，这个反应场在常规的有机反应中很少存在。在传统的有机化学中，一般是使用有机溶剂溶解反应底物，因此不存在这样的界面。以前未发现的反应场，促进着反应的进行。这是一项令人兴奋的研究。

有机化学有着悠久的历史，也成为了大学和研究生院的课程，并且已经出版了许多系统和综合的书籍。然而，这个“有机化学”是以有机溶剂溶解反应底物为基础，可以说是“有机溶剂中的有机化学”。相比之下，我们目前正在研究的是“水中的有机化学”，不一定需要溶解反应底物。此外，有机化学中以前不为人知的事情逐渐变得清楚起来。一种新的“有机化学”正在出现，即“水中的有机化学”。“水中的有机化学”今后也不断发展，并最终系统化。