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諾貝爾化學獎2021

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諾貝爾化學獎2021,10月6日,2021 年度諾貝爾化學獎揭曉,今年諾貝爾化學獎終於迴歸了純化學領域,而這兩位新科諾獎得主與中國有着頗深的緣分,諾貝爾化學獎2021。

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當時時間10月6日上午,2021年諾貝爾化學獎(Nobel Prize in Chemistry)揭曉。

瑞典皇家科學院宣佈,將該獎項授予了本傑明·李斯特(Benjamin List)和戴維·麥克米倫(David W.C. MacMillan),以表彰他們在“不對稱有機催化的發展”上做出的貢獻。

諾貝爾化學獎2021

2021年諾貝爾化學獎得主本傑明·李斯特(左)和戴維·麥克米倫。

“不對稱有機催化”是一種構建分子的工具。“構建分子是一門困難的藝術。本傑明·李斯特和戴維·麥克米倫因開發了一種精確的分子構建新工具——有機催化——而被授予2021年諾貝爾化學獎。這對藥物研究產生了巨大的影響,並使化學更環保。”瑞典皇家科學院在官網頒獎聲明中寫道。

戴維·麥克米倫:差點“入錯行”的化學大牛

戴維·麥克米倫,1968年出生於蘇格蘭貝爾斯希爾。在格拉斯哥大學獲得化學學士學位後,1990年,他離開英國,在加州大學爾灣分校師從拉里·奧弗曼(Larry Overman)教授攻讀博士學位。在此期間,他專注於研究新的反應方法學,以立體控制雙環四氫呋喃的形成。

獲得博士學位後,麥克米倫接受了哈佛大學大衛·埃文斯教授的職位邀請,於1996年前往哈佛大學做博士後研究。自1998年7月開始,他先後在加州大學伯克利分校、加州理工學院和普林斯頓大學任教。

2000年,麥克米倫和本傑明·李斯特彼此獨立,幾乎同時開發出了金屬和酶以外的第三種催化劑——擁有穩定碳原子框架的有機催化劑。麥克米倫更是創制出“有機催化”一詞,並提出一種全新的有機催化機理——亞胺活化,自此成爲了有機合成領域公認的領導者之一。

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戴維·麥克米倫

然而,就是這樣一位世界級“化學大牛”卻誕生於“一時興起”。麥克米倫曾在接受採訪時表示,受到哥哥的影響,自己在高中開始上科學課的時候,就深深被物理和化學邏輯中的樂趣吸引。於是,他在高中畢業後申請了格拉斯哥大學的物理系。“我原本是去格拉斯哥大學學物理的,但因爲物理教室太冷了,化學教室卻暖和得多,所以自己決定換專業從物理系去到了化學系。顯然這是個有趣的故事。”他說道。

在麥克米倫看來,作爲一名化學家最大的樂趣就是得到一個完全不同的結果。他感慨道:“在這一刻,你可以想象所有的.可能性在你面前打開,這是偉大的。在科學世界裏沒有比這種感覺更好的了。”

本傑明·李斯特:不知道自己爲什麼成功的科學家

在科學探索的世界裏,興趣無疑是最好的老師。另一名諾獎得主本傑明·李斯特稱,自己在十八歲時便已立志要成爲一名化學家。

本傑明·李斯特,1968年出生於法蘭克福。1997年,在歌德大學獲得了博士學位後前往美國拉霍亞的斯克裏普斯研究所做博士後,並於1999年成爲助理教授。2003年,他回到德國,成爲馬克斯普朗克煤炭研究所的工作組組長。2004年,成爲科隆大學的名譽教授。2005年,被任命爲馬克斯普朗克煤炭研究所所長。

“我不知道成爲一個成功科學家的祕訣是什麼,但這可能與你熱愛你所做的事情有關。”在成爲有機合成領域的大牛後,李斯特對於自己的成功如是說道。

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本傑明·李斯特接到獲獎通知時正在和妻子一起吃早餐。

“在做實驗時,我感到非常孤獨。沒人在我的領域工作。在我的學術生涯剛開始的時候,我感到十分不安:我在做的事情,是不是太瘋狂了?也許,所有其他聰明的科學家已經考慮過這個問題了?並且早已發現這是異想天開?”他曾在接受採訪時表示。然而,當實驗完成之後,第一篇出版物刊發出來,很快得到認可的感覺讓人感到特別滿足。

“最美好的始終是工作本身:作爲自然科學家,我們始終從事新事物的研究,它們也許前人從不知曉,也許在宇宙中還從未存在過。這就是爲什麼我愛我的職業。”他還補充道。

得知自己獲得諾貝爾獎時,李斯特正在阿姆斯特丹與家人度假。他表示,自己和妻子一起吃早餐的時候,突然接到了來自斯德哥爾摩的電話,一開始還以爲是有人在開玩笑。

在獲獎後的新聞發佈會上,他稱這是一個“巨大的驚喜”。“你們讓我今天過得很開心,”53歲的他在電話中表示。“我希望自己不辜負這一讚譽,繼續發現令人驚歎的東西。我總是喜歡走極端,常常想我們能做到以前不可能做到的事情嗎?”

什麼是“不對稱有機催化”?

許多研究領域和行業都依賴於化學家構建分子的能力,這些分子可以形成彈性及耐用的材料,或者將能量儲存在電池中,或者在醫學領域實現抑制疾病的進展——以上這些工作都需要催化劑。催化劑是控制和加速化學反應的物質,但不會成爲最終產品的一部分。

因此,催化劑被稱爲化學家的“基本工具”。但長期以來研究人員認爲,原則上只有兩種催化劑可用:金屬和酶。本傑明·李斯特和戴維·麥克米倫此次被授予2021年諾貝爾化學獎,正是因爲他們在2000年獨立開發了第三種催化劑——不對稱有機催化,建立在有機小分子的基礎上。

有機催化劑有一個穩定的碳原子框架,活性化學基團可以附着在碳原子上。有機催化劑通常由氧、氮、硫或磷等常見元素組成,這意味着這些催化劑既環保又廉價。

自2000年以來,有機催化以驚人的速度發展。本傑明·李斯特和戴維·麥克米倫迄今仍然是該領域的領導者,他們已經證明有機催化劑可用於驅動多種化學反應。

利用這些反應,研究人員現在可以更有效地構建很多東西,從新藥物到可以在太陽能電池中捕獲光的分子。可以說,通過這種方式,有機催化劑正在爲人類帶來最大的利益。

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10 月 6 日,2021 年度諾貝爾化學獎揭曉:授予德國科學家本傑明 · 利斯特和美國科學家大衛 · 麥克米倫,以表彰他們對 " 不對稱有機催化發展 " 的貢獻,這對藥物研究產生了巨大影響,並使化學更加綠色。

" 這個催化概念既簡單又巧妙,事實上很多人都想知道爲什麼我們沒有更早地想到它," 諾貝爾化學委員會主席約翰 · 奧克維斯特的一句話,道出了這兩位新科諾獎得主的最大特點——堅持獨特與原創,不走與別人雷同的路。

不對稱有機催化,構建分子的巧妙工具

構建分子是一門艱難的藝術。許多研究領域和行業都依賴於化學家構建分子的能力,這些分子可以形成性能特異的材料、構建高性能電池,或是新藥。而所有這些分子的構建通常都需要催化劑。

長期以來,研究人員總是認爲,手性催化原則上只有兩類催化劑可用:金屬和酶。但本傑明和大衛在 2000 年獨立開發了第三種催化劑——建立在有機小分子上,從此有了一個新名詞 " 不對稱有機催化 "。

中科院上海有機所研究員左智偉曾在大衛的實驗室做博士後,他曾聽大衛提起過這一新發現的初衷:上世紀九十年代,金屬催化劑已經非常成熟,然而這些催化劑價格高昂,而且爲了去除微量殘餘重金屬,帶來很多生產、環保、健康上的成本。於是,大衛就想另闢蹊徑,找到一種不用金屬的、價格低廉又環保的催化劑。

幾乎與大衛同時,本傑明也在做着類似的探索,最終兩人同時爲有機催化踢出了臨門一腳,開啓了自 2000 年以來該領域的蓬勃發展。事實證明,有機催化不怕水、不怕氧氣,還操作簡單、價格便宜,深受工業界的歡迎。

著名有機化學家、上海交通大學常務副校長丁奎嶺告訴記者,有機催化劑可用於驅動多種化學反應,尤其在藥物領域," 在構建分子時,經常會出現手性分子,就像我們的左右手一樣,看起來一模一樣,卻無法重合。但在製藥時,一般只有其中一種有效,而另一種甚至會有毒副作用,不對稱有機催化爲我們獲得優質高效的好藥,做出了很大的貢獻 "。

" 直到現在,他們兩位仍是有機催化領域的領導者。" 他介紹,本傑明一直致力於提升有機催化的效率,而大衛則在光催化領域有了新的開拓——這同樣也是諾獎級工作。

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跳出思維定勢,別人的重複實驗成了他們的諾獎工作

" 這種催化概念既簡單又巧妙,事實上,很多人都想知道爲什麼我們沒有更早地想到它。" 諾貝爾化學委員會主席約翰 · 奧克維斯特的這句話,可能是這兩位諾獎得主對世人最大的啓迪。

其實,本傑明與大衛獲得諾獎的最基本工作,已經在過去幾十年被無數人重複過無數次,用脯氨酸來做實驗,可以說是每個學習有機化學的研究生必須掌握的技能。但是,誰又想到,從習以爲常的簡單重複中,會隱藏着開拓一個新領域的發現?

" 氨基酸必須作爲酶的一部分,才能催化化學反應嗎?單個氨基酸,或類似的其它簡單分子,是否也能起到相同的作用?在他們之前,誰也沒想過。" 丁奎嶺說,這種跳出思維定勢、不走尋常路的創新思維,的確值得所有科研工作者細心揣摩與學習。

華東師範大學化學與分子工程學院教授周劍曾於 2005 年至 2008 年在本傑明的實驗室攻讀博士後。" 他從不加班,最欣賞的就是用輕鬆悠閒的態度去攻克科學難題。" 在他眼中,本傑明喜歡學生在喝酒踢球、開會交流中,充分地自由探索," 他希望我我們集中精力去思考最前沿、最頂尖,同時也是自己喜歡的化學問題 "。

而大衛對於原創的追求,更加極致。在左智偉眼中,這位導師對論文發表的要求非常嚴格,一般與他同級別的教授,至少已發表論文 300 多篇,而他至今只發了 100 篇左右論文," 有很多工作其實已經足以在國際一流期刊上發表,但他要是覺得這些工作沒有足夠原創性、對其他人的研究沒有足夠啓發性、不能產生重要影響,他寧可不發 "。

" 中國緣 " 頗深,他倆都有多位中國博士後

今年諾貝爾化學獎終於迴歸了純化學領域,而這兩位新科諾獎得主與中國有着頗深的緣分,在本傑明實驗室完成深造的中國博士後多達 20 多位,而大衛的實驗室裏也先後接收過十多位中國博士後。

雖然因爲學術上的競爭關係,本傑明與大衛之間的關係頗有些 " 緊張 ",業界傳言他們一般不會出現在同一個學術會議上,但他們對於中國同行、中國學生,都非常友好。

在疫情發生前,本傑明經常會突然出現在上海有機所的園區裏,熟稔到事先連招呼也不打,就來面試幾個學生,或是跑到某個同行朋友辦公室聊聊,隨後又離開。上海有機所研究員記遊書力清楚記得,本傑明喜歡紅燒肉,每次來所裏吃飯必點。

諾貝爾化學獎2021 第5張

" 本傑明 50 歲生日也是在上海過的,還是在浦江遊輪上。" 周劍說,2018 年他邀請本傑明來上海講學,順便把他在中國的學生都召集到上海,一起爲導師過了一次生日。

最近,大衛還爲有機所的學生開了一次線上講座。" 過去,他差不多每兩年會來一次中國,在美國他也會每年帶學生到家裏聚會一兩次。" 左智偉說,大衛非常懂得享受生活,可能是高爾夫球打得最多的有機化學教授之一,同時也是葡萄酒品味最高的教授之一。

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