中国学科发展战略·手性物质化学

第一节  手性物质化学简介

物质是由大量人类肉眼看不到的分子、原子或离子等构成。合成化学是创造新物质最有力的工具和手段之一，化学家们已经运用这一工具巧妙地通过各种元素的组合创造出了数以千万计的原本自然界不存在的新物质，推动了人类文明的进步和发展。不同物质之间除了在构成成分上不同外，在立体空间，特别是分子层次或纳米尺度的微观立体空间上，也可能存在着差别。有一类物质，它们有两种立体空间结构 ( 称为“对映异构体”，简称对映体），相互之间就如同人的左手和右手一样，看起来完全相同，但是不能重叠，这类物质称为“手性物质”（chiral material 或 chiral substance）。手性物质可以由手性分子构成，也可以由非手性分子构成。

手性物质广泛存在于自然界中，并与我们的生活休戚相关。在漫长的生命形成和演变过程中，手性物质往往只有一种构型受到偏爱。例如，自然界中的糖都是 D 构型，氨基酸都是 L 构型，DNA 的双螺旋结构都是右手螺旋。正因为如此，自人类诞生以来，手性物质就已经融入了我们的生命和生活， 影响着我们的健康。今天我们所使用的药物多数是手性药物。此外，手性材料也得到广泛应用。例如，手性液晶材料为我们提供了更加清晰的视屏；手性传感材料、手性仿生材料等为我们带来了许多憧憬。

手性物质的创造与转化，以及手性物质的表征和性能等研究已经形成一门新兴的化学学科——手性物质化学（也称“手性化学”）。手性物质化学往往采用手性原料、手性催化剂等，或者通过不对称反应、不对称催化反应及手性拆分等方法合成和构筑手性物质。在手性物质化学研究中，合成和构筑手性物质是指得到单一对映异构体或者一种对映异构体过量的具有光学活性的手性物质。由此可见，手性物质的合成和构筑除了注重传统合成化学关注的合成效率和选择性（化学选择性、区域选择性、立体选择性等）外，更注重获得单一对映异构体的产物。因此，手性物质的创造难度更大。为了避免“无效”对映异构体的产生，手性物质的合成和构筑更加追求精准和环境友好，它代表了合成化学未来的发展趋势。

经过 100 多年的不懈努力，化学家们已经逐渐了解了手性物质创造的规律。从采用手性源的不对称合成到酶催化不对称合成，从手性有机金属催化不对称合成到手性有机小分子催化不对称合成，化学家们已经发展了许许多多的手性试剂、手性催化剂、不对称合成新反应和新方法，并创造出了许许多多的手性物质，其中包括手性药物、手性农药、手性液晶材料等，极大地推动了手性物质化学的发展。目前，手性物质化学已与生命科学、环境科学、信息科学、材料科学、空间科学等深度交叉融合，并将在认识自然、诠释生命起源、呵护人类健康、保护环境等方面发挥越来越重要的作用。

 

第二节  手性物质合成与构筑

手性物质合成与构筑是手性物质化学研究的核心内容。在我们发现并认识手性物质时，自然界已经赋予了我们一个丰富多彩的手性物质世界，我们的生命与生活也已经融入手性物质。然而，自然界创造的手性物质是有限的，无法满足人类社会发展的需求。因此，化学家们尝试采用人工合成的方法创造新的手性物质。从 Fischer 首次提出不对称诱导的概念并实现首例手性化合物转化和 Marckwald 首次由非手性化合物产生光学活性化合物的不对称合成，到 Knowles 等首次实现不对称催化氢化反应及其在手性药物生产上的应用，手性物质合成经历了从探索与实践到为人类社会发展服务的飞跃 [1]。2001 年诺贝尔化学奖授予在不对称催化研究领域做出卓越贡献的三位科学家，就是对手性物质合成为人类社会做出巨大贡献的高度认可和褒奖。

经过跨世纪的发展，化学家们已经发展出了许许多多的手性物质合成与构筑的新反应、新方法和新技术等。今天我们已经能够摆脱自然的束缚，不再依赖于天然手性化合物即可合成新的手性化合物，而且只用少量手性催化剂就可以实现大量手性化合物的不对称合成。不对称催化合成方法已经成为精准、绿色、高效合成手性物质的必由之路。目前不对称催化合成方法已经在手性物质合成上得到了广泛的应用 [2]。例如，铱催化亚胺的不对称催化氢化反应已经应用到手性除草剂“金都尔”的合成，年产量达到 2 万吨；目前抗菌谱广、抗菌活性强的碳青霉烯类抗生素药物的关键手性中间体？ -内酰胺的生产也用到钌催化？ -酮酸酯不对称催化氢化反应；从高砂公司发展的铑催化烯丙胺异构化到巴斯夫公司发展的铑催化香叶醛或橙花醛的不对称催化氢化合成 L-薄荷醇的生产工艺均离不开不对称催化反应。

不对称催化反应产生手性诱导的关键是手性配体及催化剂。2003 年Jacobsen 对 2002 年以前发展的为数众多的手性配体及催化剂进行了评述，共归纳出七种类型的“优势手性配体和催化剂”（privileged chiral ligands and catalyst）[3]。2001 年诺贝尔化学奖获得者 Noyori 发展的具有联萘骨架的BINAP 系列手性配体及其催化剂就是其中一例。手性双膦配体 BINAP 的铑和钌催化剂在烯烃和酮等的不对称催化氢化反应中被证明是高效的手性催化剂。我国化学家发展的手性螺环配体及其催化剂也已被证明对于多种不对称催化反应都有优秀的催化活性和选择性。手性螺环配体和催化剂已被公认是一类优势手性配体和催化剂。例如，手性螺环吡啶胺基膦配体 SpiroPAP 的铱催化剂在酮的不对称催化氢化反应中获得了优秀的对映选择性和高达 450 万的转化数（即一个催化剂分子催化转化的底物分子数）[4]，是目前最高效的手性分子催化剂 [5]。手性双氮氧配体是我国化学家发展的另一类优势手性配体，它在多种路易斯（Lewis）酸催化的不对称反应中都有很高的催化活性和对映选择性。例如，手性双氮氧配体的镧催化剂在巯基乙酸酯对共轭烯酮的不对称硫杂-Michael 加成反应 [6] 和钐催化剂在吲哚对不饱和？ -酮酸酯的不对称 Friedel-Crafts 反应 [7] 中都给出了高达 1 万的转化数。这也是不对称催化碳-杂原子键和碳-碳键形成反应中少见的高转化数。

发展不对称催化新反应可为多样性的手性物质提供合成方法。从 1966 年Nozaki 等实现铜催化的苯乙烯不对称环丙烷化反应以来，不对称催化新反应层出不穷，如著名的 Sharpless 不对称环氧化反应等。许多不对称催化反应已经在手性药物、农药、香料等手性物质的合成中得到广泛应用 [1]。我国化学家在发展不对称催化新反应方面也做出了卓越的贡献。1996 年，史一安等发展了以果糖衍生的手性酮催化的烯烃不对称环氧化反应 [8]。该反应的催化剂价廉、易得、对映选择性高，被称为史-环氧化反应（Shi epoxidation）。 2000 年，张绪穆等发展了分子内烯烃与炔烃的环化异构化反应 [9]，并采用手性双膦配体的铑催化剂实现了该反应的不对称催化 [10]。该反应随后被命名为张-烯炔环化异构化（Zhang enyne cycloisomerization）反应。芳香杂环化合物的不对称催化氢化是不对称催化反应研究领域的一个挑战。周永贵等用手性双膦配体的铱催化剂首次实现了氮杂芳环化合物的高对映选择性不对称催化氢化 [11]。通过杂原子-氢键的不对称催化插入反应来合成手性胺、手性醇等无疑是制备这些手性化合物的有效方法，但要获得高对映选择性非常困难。周其林等发展了手性螺环双唑啉配体的铜催化剂，实现了？ -重氮酸酯对芳胺的 N—H 键、醇和水的 O—H 键等的高对映选择性插入反应 [12]。涂永强等分别用手性磷酸和手性伯胺催化剂实现了不对称半片呐醇重排反应，为手性季碳中心的构筑和手性螺环醚、手性螺环酮的合成提供了高对映选择性的方法 [13]。冯小明等以手性氮氧配体的钪配合物为催化剂首次实现了不对称催化 Roskamp 反应 [14]。该反应一度曾被认为是很难实现不对称诱导的反应，手性氮氧配体的钪配合物催化剂在该反应中不仅表现了很高的催化活性，还表现出了优秀的对映选择性，目前被称为 Roskamp-Feng 反应。2012 年，游书力等利用铱或钯催化的不对称烯丙基化反应发展了系列不对称去芳构化新反应，为合成含有季碳手性中心的手性螺环化合物等提供了新方法 [15]。提高不对称催化反应的效率和选择性一直是手性物质合成研究的焦点。

发展不对称催化合成新概念、新策略和新方法可以有效地提高反应的效率和选择性，从而受到广泛的关注。我国化学家在这方面也取得了重要进展。手性催化剂的固载化是实现手性催化剂的回收再利用、提高催化剂的使用效率的有效策略之一。丁奎岭等利用分子组装的原理，通过自负载的策略发展了可回收利用的自负载手性催化剂。该催化剂在不对称催化氢化反应、氧化反应中表现出很好的催化性能和选择性，多次回收利用后仍然保持高催化活性和对映选择性 [16]。范青华等利用树枝状分子负载手性催化剂，也实现了手性催化剂的回收再利用，并且观察到了显著的负载效应 [17]。发展具有“协同催化效应”的手性催化剂及催化体系是提高不对称催化反应的效率和选择性的有效途径。唐勇等通过在手性配体和催化剂中引入“边臂”，发展了三齿唑啉等手性配体。通过“边臂”对催化剂活性和手性诱导进行调控，提高了多个不对称催化反应的效率和对映选择性 [18]。龚流柱等将手性联萘磷酸偶联成手性双磷酸催化剂，通过双手性磷酸的协同催化，有效地提高了 1,3-偶极体与缺电子烯烃的三组分不对称环加成反应的催化活性和对映选择性 [19]。丁奎岭等通过双金属协同催化的策略，发展了顺式降冰片烯二羧酸桥连的手性双 Salen 配体及其钛催化剂。这类钛催化剂在醛的不对称氰基化反应中获得了优秀的对映选择性和高达 17.2 万的转化数 [20]。朱守非和周其林等发展了手性磷酸作为质子梭催化剂，通过对金属催化反应中间体的质子转移过程的直接控制，显著提高了？ -重氮化物对杂原子-氢键的不对称插入反应的效率和选择性 [21]。

许多与我们生活密切相关的手性物质（如手性药物）和具有重要生理活性的天然产物分子往往具有复杂的结构，含有多个手性中心，如何对它们进行精准、高效的合成和构筑是合成化学家面临的巨大挑战。过去，手性药物和天然产物合成都采用天然易得的手性原料开始或者以其作为手性辅助基来实现。近年来，采用不对称催化方法对手性药物和天然产物分子进行不对称合成研究也取得了长足进展。我国化学家在手性药物和天然产物分子的不对称合成研究方面也取得了令人瞩目的成绩。例如，马大为等以有机小分子催化的醛与硝基烯烃的不对称 Michael 加成反应为关键步骤，完成了含有 3 个连续手性中心的抗禽流感手性药物奥司他韦（商品名为达菲）的不对称合成 [22] ；樊春安等采用有机小分子催化的？ -芳基-？ -氰基丙酮对丙烯酸对碘苯酚酯的不对称 Michael 加成反应构筑手性季碳中心的方法，合成了治疗阿尔茨海默病的手性药物加兰他敏；周其林等 [23]、贾彦兴等 [24] 分别采用钌催化不对称催化氢化和分子内 Heck 反应构筑手性季碳中心，以及手性双氮氧化合物催化的不对称 Michael 加成反应直接构筑手性季碳中心的策略，也完成了手性药物加兰他敏的不对称全合成；黄培强等 [25] 采用手性硫脲催化的硝基甲烷对环己烯酮的不对称 Michael 加成反应，合成了海洋生物碱(？)-Haliclonin A ；张洪彬等 [26] 采用手性镍催化的硝基烯烃对不饱和酮酸酯的不对称 Michael 加成串联环化反应合成了百部生物碱 (？)-Stenine ；杨震等 [27] 用脯氨酸衍生物催化的不对称 Diels-Alder（DA）反应合成了合蕊五味子中分离出的具有抗 HIV 活性的降三萜 (+)-propindilactone G ；李昂等 [28] 利用铱催化不对称多烯环化构建手性多环骨架的策略完成了复杂萜类化合物台湾杉醌Taiwaniaducts B～D 的不对称全合成；杨玉荣等 [29]、焦雷等 [30] 分别采用铱和钯催化的分子内烯丙醇 / 烯丙酯对吲哚环的不对称烯丙基化串联环化反应完成了吲哚单萜生物碱 (？)-aspidophylline A 和 (+)-minfiensine 的不对称全合成。这些代表性的复杂手性药物和天然产物不对称合成的例子，不但表明我国在复杂手性化合物合成方面取得了重要进展，也表明手性药物和天然产物不对称催化合成研究在我国越来越受到重视。

在分子层次的手性控制取得突破，并在手性药物、手性农药、手性天然产物等手性物质的合成中得到广泛应用的同时，化学家们也尝试了手性超分子、高分子等层次的手性物质的精准组装与构建。然而，超分子层次的手性控制的复杂程度往往超出我们的想象。例如，天然存在的大分子或超分子， 如蛋白质、DNA、纤维素等，除其自身组成的基本结构单元是手性的以外， 其整体或局部也呈现手性结构，如蛋白质具有右手？ 螺旋结构、DNA 具有右手双螺旋结构。这些手性结构特征对于生物超分子或大分子的生理功能起着重要作用。20 世纪 50 年代初科学家们发现了蛋白质 [31] 和 DNA 的右手螺旋结构 [32] ，这不但促进了分子生物学的快速发展，也激起了化学家们合成手性大分子和超分子的兴趣。几乎与此同时，齐格勒-纳塔（Ziegler-Natta）催化剂的诞生也使化学家们创造手性高分子化合物成为可能。紧接着，Natta 等发现该催化剂催化丙烯聚合得到的高度等规聚丙烯具有螺旋构象的结晶态。他们用手性钛催化剂对 1,3-戊二烯进行聚合也分离得到了光学活性的聚合物 [33]。这些前瞻性的发现开拓并促进了超分子和大分子层次的手性物质的创造 [34]。我国化学家在手性超分子和大分子的组装和构筑研究方面也取得了一些重要进展。例如，吕小兵等通过手性双钴催化剂催化二氧化碳与各种环氧化合物的不对称环氧开环交替共聚反应，精准构筑了一类新颖的结晶梯度手性聚碳酸酯，显著提高了聚碳酸酯的耐热性能，且其熔点范围可在一定范围内调节 [35] ；魏志祥等以手性樟脑磺酸为手性掺杂试剂，通过仿生自组装构筑了具有手性识别功能的手性超螺旋传感纤维 [36] ；刘鸣华等通过非手性 C3 对称分子的自主装得到不等量的左、右手性的螺旋结构，实现了无任何手性添加剂存在下构筑手性超分子 [37] ；刘磊等首次用非天然的 D-氨基酸合成了镜像 DNA 聚合酶，实现了分子生物学“中心法则”中两个关键步骤——DNA 复制与 DNA 转录成 RNA，同时发现镜像 DNA 的复制与转录同样遵循碱基互补配对原则，并具有良好的手性特异性 [38]。这些超分子层次的手性物质的组装与构筑为进一步认识和探索世界乃至生命的奥秘奠定了基础，也为获得功能独特的超分子层次手性材料等提供了契机。超分子层次的手性物质创造已经成为新世纪手性物质化学的研究热点。

 

第三节  手性物质的分离分析与表征

我们对手性物质的认识同手性物质分离分析与表征方法的发展密不可分。早在 1815 年，毕奥（Biot）就发现有些有机化合物（如樟脑和酒石酸等）能够使平面偏振光发生偏转，并认为这很可能是由分子中原子排列的某种不对称性造成的。1848 年，巴斯德（Pasteur）用放大镜和镊子成功分离了酒石酸钠铵盐的外消旋体，并发现两种晶体使平面偏振光偏转的方向正好 相反。这一先驱性工作标志着手性分离的开始，使我们认识到有些分子（手 性分子）存在使偏振光发生左旋和右旋的两种结构。随后，巴斯德也意识到“分子具有旋光性是由于缺少对称性”，但他和毕奥一样，仍不能回答不对称性是如何产生的以及又是什么原因使两种结构彼此互为镜像。直到 1874 年， 范特霍夫（van’t Hoff）和勒贝尔（Le Bel）提出了碳原子的四面体构型，才使我们知道酒石酸等分子缺少对称性是由于碳原子上的四个不同取代基有两 种空间排列方式。1913 年，布拉格（William  Bragg）等用自己设计的第一台X 射线衍射仪测定了金刚石的结构，完美地证明了碳原子的四面体结构。紧接着，科学家们用 X 射线衍射仪观察到蛋白质的右手？ 螺旋结构和 DNA 的右手双螺旋结构，这进一步在分子层次上揭示了手性的本质且表明其与生命 现象休戚相关。

随着我们对手性本质认识的逐步深入，以及对手性物质创造的需要，手性物质分离分析与表征方法得到了快速发展。例如，除了用传统的核磁共振手段，通过形成非对映异构体的方法（如 Mosher 酯衍生法）以及旋光仪测定旋光度等方法来测定手性化合物的对映体过量（ee 值）以外，我们还可以用更精准、方便、快捷的高压液相色谱、气相色谱以及超临界流体色谱（supeicritical fluid chromatography，SFC），通过手性柱分离来测定手性化合物的对映体纯度。手性分子绝对构型的确定对深入了解其生理活性等性能以及反应的立体化学非常重要。手性分子绝对构型的确定除了采用传统的化学转化、核磁共振的 Mosher 酯方法等间接的方法以外，往往需要培养单晶并通过单晶X 射线衍射来确定。但是有许多手性化合物难以结晶，这影响了对其绝对构型的确定。为克服这些缺点，Yaghi 等 [39]  发展了将难结晶的手性分子“装入”手性 MOFs 材料以降低其自由度，并结合单晶X 射线衍射分析来确定手性分子的结构。这为难以结晶的手性分子的结构测定提供了新的方法。此外， 随着计算化学的发展，通过计算化合物分子的电子圆二色（electronic circular dichroism，ECD）谱、振动圆二色（vibrational circular dichroism，VCD）谱等数据，并将这些计算结果与实验值进行比较，在大多数情况下也可以准确地确定具有刚性骨架结构的手性分子的绝对构型。特别是振动圆二色谱法已得到越来越广泛的应用，并有望成为一种有效测定手性分子绝对构型的常规方法 [40]。

在超分子和大分子层次的手性材料的表征方面，我们可以通过一些常规的光谱学方法，如圆二色（circular dichroism，CD）谱、旋光色散（optical rotatory dispersion，ORD） 谱等来表征外， 还可以通过各种显微电镜，如扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM）、透射电子显微镜

（transmission electron microscope，TEM）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）、原子力显微镜（atom force microscope，AFM）等来观察手性材料的结构与形貌。此外，虽然 X 射线晶体衍射是确定蛋白质结构的主要方法，且 90% 以上的已知蛋白质结构均是通过该方法解析的，但它仍然存在较大的限制。这主要是由于很多蛋白质分子无法结晶。低温电子显微技术（cryo-electron microscopy，cryo-EM）的出现使这一现状得到极大的改观。低温电子显微技术是通过电子束对冷冻的大分子进行成像，从而得到分子的三维结构。在过去 30 年中，低温电子显微技术揭示了核糖体、膜蛋白和其他关键细胞蛋白的精细结构。例如，施一公等就通过低温电子显微技术揭示了在阿尔茨海默病的发病中扮演着重要角色的 ？ -分泌酶的原子分辨率三维结构， 从而为理解阿尔茨海默病发病机理提供了重要基础 [41]。

发展并建立手性物质有效、快速、灵敏的分离分析检测及表征方法仍然是手性物质化学研究领域的重要任务。例如，在分子层次的手性物质（如手性药物、手性农药、手性食品添加剂等）的检测中主要还是依赖高效液相色谱法（high-performance liquid chromatography，HPLC）、气相色谱法、毛细管色谱法、超临界流体色谱法等常规的分析检测手段和方法。但是这些方法在快速检测及痕量手性物质检测方面还存在很多局限。又如，蛋白质是由L- 氨基酸组成的，L-氨基酸在生命体成长过程中可能发生构型转化，生成 D- 氨基酸并导致人体衰老和疾病。但由于氨基酸的种类较多，检测方法灵敏度不高等多方面原因，目前仍难以确定在生命体中 L-氨基酸是否发生了构型转化及其转化程度，以及这一转化是否影响人类的健康及寿命。因此，发展痕量氨基酸的检测方法十分必要。

 

第四节  手性物质的性能和应用

手性物质的对映异构体之间在组成上完全相同，物理和化学性质在非手性环境中也完全相同，如具有相同的熔点、沸点、密度、化学反应、溶解度、光谱性质等。但在手性环境中，对映异构体之间在一些物理和化学性质上存在极大的差异，如具有相反的旋光性、不同的气味等。由于组成生命体的基本物质（如蛋白质、DNA 和糖等）都是光学纯的手性物质，所以生命体本身就是一个手性环境。因此，手性药物的对映异构体在生命体内表现出不同的生理活性也就不足为奇了。

手性药物是 21 世纪人类的一项重要发现。在古代，人们为了生存，从生活经验中得知某些天然物质可以治疗疾病和伤痛，成为药物的始源。例如， 公元 1 世纪前后我国的《神农本草经》、明朝李时珍的《本草纲目》就是其中的集大成者。那时人类已在不知不觉中用天然的手性化合物治病，如用奎宁、青蒿等治疗疟疾。20 世纪 30 年代，磺胺类药物的问世，开创了化学治疗的新纪元。随后，许多药物被合成出来，并挽救了无数人的生命。但那时人们对手性药物的认识不足，不知道手性药物分子的对映异构体可能具有不同的药理作用，最终导致了“反应停”事件的发生。20 世纪 50 年代，“反应停”（沙利度胺，thalidomide）作为镇静药物，用于减轻孕妇清晨呕吐反应，结果导致 1.2 万例胎儿畸形。后来的研究发现，R 构型的沙利度胺具有镇静作用，而没有镇静作用的 S 构型的沙利度胺却是致畸的罪魁祸首。自此以后， 手性药物得到了高度重视。以《中华人民共和国药典》（2010 年版）为例， 手性药物有约 440 种，其中有明确手性构型要求的有 319 种，占全部手性药物的 72.5%。在 2019 年世界畅销的前 20 种药物中，手性药物占 14 种。目前正在开发的药物中超过 2/3 的药物是手性药物。

农药对于保护农作物、增加粮食产量是必不可少的。在商品化农药中， 25% 以上是手性农药，但过去这些手性农药绝大多数是以消旋体形式出售的。与手性药物一样，手性农药往往也只有一种构型有效，其对映异构体不但无效，有时甚至对环境是有害的。因此，从 20 世纪 90 年代开始，发展单一构型手性农药越来越普遍。单一构型手性农药的使用既保护了植物，增加了粮食产量，又节约了资源，减少了无效异构体对环境的危害。就手性除草剂而言，荷兰和瑞士已不允许手性苯氧羧酸类除草剂外消旋混合物注册；一些国家还宣布减少农药的用量，如荷兰、瑞典和丹麦已宣布在 10 年内农药用量要减少 50%。这迫使农药企业在手性农药生产中必须生产单一对映异构体。因此，目前国内外农药企业都在推广单一对映异构体手性农药。这无疑对环境保护和可持续发展起到积极的推动作用。

相对于手性药物、手性农药等手性物质，手性材料的研究虽然起步也比较早，但由于手性材料的结构相对较复杂，我们对其性能的了解和掌握还极其有限。除了对蛋白质的手性螺旋结构及其生理功能，以及手性液晶材料的液晶性能等有较深入的理解外，其他许多手性材料的潜在性能仍然有待我们去探索和发现。手性材料在我们的日常生活乃至国防建设中已扮演了越来越重要的角色，其中最突出的是手性液晶材料，尤其是蓝相液晶材料 [42]。蓝相液晶材料主要是由强扭曲的手性分子组成的化合物或者混合物构成，其对外界刺激比较敏感，电场响应时间在微秒级范围内，是理想的显示材料，在光计算机和激光屏蔽等领域具有重要的应用前景。此外，科学家们还通过手性掺杂等方式创造出了手性导电聚合物材料、手性介孔材料、手性纳米材料等手性材料。一些手性材料已在信息存储与处理、吸波、传感等方面展现出了良好的应用前景。

 

第五节  手性物质化学的发展趋势与展望

经历了跨世纪的探索和发展，手性物质化学研究已经进入了一个崭新的发展阶段，人类已经能够通过人工合成的手性催化剂实现手性物质的精准创造。创造出的手性药物、手性农药、手性液晶材料等已经造福于人类社会。2001 年诺贝尔化学奖授予在手性物质创造领域做出杰出贡献的三位科学家，就是对这个领域发展成就的认可。而今，手性物质化学的研究对象已经从小分子层次拓展到大分子、超分子层次。手性物质的性能研究更加受重视，手性物质在液晶显示、生物传感、信息存储等方面已经展现出良好的应用前景。更加精准、高效、可持续地创造手性物质，研究手性物质在生命科学、环境科学、信息科学、材料科学、空间科学等学科领域的应用，以及探索手性物质的高效检测手段和分析方法等正在成为手性物质化学研究的前沿和热点。

更加精准地创造手性物质已经成为手性物质化学学科的发展趋势。经历了一个多世纪特别是最近几十年的发展，手性物质创造已经有了许多方法。现在，几乎任何手性化合物的单一对映异构体都能够合成出来，一些手性化合物的合成不但精准，而且高效，并在工业生产上得到了实际应用。然而， 这样的精准反应和方法还非常有限，许多手性化合物的单一对映异构体虽然能够合成出来，但是效率还很低，没有实际应用价值。很多手性药物仍然采用手性拆分方法，而不是用不对称催化方法来生产；很多手性农药仍然在以消旋体形式生产。对于手性材料的构筑，目前还处于初期研究阶段，要实现精准创造还很遥远。总之，无论是手性药物、手性农药等手性分子的合成，还是手性材料的组装与构筑，都需要精准，社会可持续发展也要求物质创造的精准化。诺贝尔化学奖获得者 Noyori 在 2001 年就提出：“未来的合成化学必须是经济的、安全的、环境友好的，以及节省资源和能源的化学，化学家需要为实现‘完美的反应化学’而努力，即以 100% 的选择性和 100% 的产率只生成需要的产物而没有废物产生。”[43] 因此，注重发展更加高效、高选择性的手性试剂和催化剂，不对称合成新反应、新方法、新概念及新策略， 实现手性物质的精准创造是手性物质化学学科发展的必然趋势。

手性物质化学学科在我国起步较晚，但在国家自然科学基金委员会、科技部、教育部、中国科学院等部门的大力支持下，经过我国科学家三十多年的不懈努力，已取得了长足的进步，在某些研究方向上达到或处于世界先进水平。例如，在手性配体及催化剂的设计合成，手性物质创造新反应、新方法、新策略、新概念等方面均产生了具有国际影响的研究成果。但与美国、日本等国相比，我国在手性物质化学学科的整体研究水平上还有较大差距。其主要表现为：①我国手性物质化学研究产生的标志性的、有显示度的研究成果还不够多；②我国从事手性物质化学研究的科学家人数较多，但真正有国际影响的研究团队和学术带头人较少；③我国手性物质化学的研究主要集中在少数几个研究方向上，重复研究的现象比较严重；④我国拥有的手性技术不多，且没有得到很好应用，我国企业应用的手性技术寥寥无几。虽然我国手性物质化学学科还存在以上这些问题，但是其发展势头非常好。例如， 对 2007～2016 年发表的与“不对称合成”相关的 SCI 论文和引用情况分析发现，我国发表的论文数量逐年递增，2011 年已超过美国，跃居世界第1 位［图 1-1（a）］。我国发表论文的引文数也逐年提升，2007～2011 年发表的论文引文数还排在世界第 2 位，与美国相差甚远，但 2012～2016 年发表的论文引文数已跃居第 1 位［图 1-1（b）］。我国在 2007～2016 年所发表的高被引论文的数量与美国还有一定差距［图 1-1（c）］，特别是我国高被引论文在所发表总论文中的占比远远低于美国。我国的占比为 2.2%，比美国的 3.2% 低 1 个百分点。这些数据表明，虽然我国在论文数量上已经超越美国等发达国家，但在论文质量上还存在差距（参见《化学十年：中国与世界（2001—2010）》中的相关数据 [44]）。

物质是人类进步的基础。创造新物质是合成化学的中心任务，也是新世纪国际创新能力竞争的前沿和焦点。当今方兴未艾的信息技术、环境技术、生物技术、空间技术等均依赖于“先进”物质。而这些“先进”物质往往是自然界不能直接给予我们的，需要经过人工创造。发展精准、高效、环境友好、可持续的手性物质创造方法和技术是获得手性物质的必由之路。因此，我们更需要在国家自然科学基金委员会、科技部、教育部、中国科学院等部门的大力支持下，瞄准国家的重大需求，立足学科前沿，加强整体布局，注重以“点”带“面”，最大限度地发挥我国手性物质化学学科的创新能力和潜力；群策群力，坚持基础与前沿并举，大力推进学科交叉与融合， 力争解决手性物质创造中存在的关键科学问题，丰富和发展手性物质创造基础理论，建立和发展手性物质创造核心技术，发展先进手性物质、建立手性物质分离分析和表征新方法；强化绿色、可持续物质创造意识，建立手性物质化学学科资源信息共享平台，极力推进产、学、研的深度融合，使手性物质化学更好地服务于国家建设及社会经济发展，为人类社会进步做出更大的贡献。

 

      

图 1-1 Web of Science 有关“不对称合成”论文统计