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诺贝尔化学奖2021

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贝尔化学奖2021,10月6日,2021 年度诺贝尔化学奖揭晓,今年诺贝尔化学奖终于回归了纯化学领域,而这两位新科诺奖得主与中国有着颇深的缘分,诺贝尔化学奖2021。

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当时时间10月6日上午,2021年诺贝尔化学奖(Nobel Prize in Chemistry)揭晓。

瑞典皇家科学院宣布,将该奖项授予了本杰明·李斯特(Benjamin List)和戴维·麦克米伦(David W.C. MacMillan),以表彰他们在“不对称有机催化的发展”上做出的贡献。

诺贝尔化学奖2021

2021年诺贝尔化学奖得主本杰明·李斯特(左)和戴维·麦克米伦。

“不对称有机催化”是一种构建分子的工具。“构建分子是一门困难的艺术。本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦因开发了一种精确的分子构建新工具——有机催化——而被授予2021年诺贝尔化学奖。这对药物研究产生了巨大的影响,并使化学更环保。”瑞典皇家科学院在官网颁奖声明中写道。

戴维·麦克米伦:差点“入错行”的化学大牛

戴维·麦克米伦,1968年出生于苏格兰贝尔斯希尔。在格拉斯哥大学获得化学学士学位后,1990年,他离开英国,在加州大学尔湾分校师从拉里·奥弗曼(Larry Overman)教授攻读博士学位。在此期间,他专注于研究新的反应方法学,以立体控制双环四氢呋喃的形成。

获得博士学位后,麦克米伦接受了哈佛大学大卫·埃文斯教授的职位邀请,于1996年前往哈佛大学做博士后研究。自1998年7月开始,他先后在加州大学伯克利分校、加州理工学院和普林斯顿大学任教。

2000年,麦克米伦和本杰明·李斯特彼此独立,几乎同时开发出了金属和酶以外的第三种催化剂——拥有稳定碳原子框架的有机催化剂。麦克米伦更是创制出“有机催化”一词,并提出一种全新的有机催化机理——亚胺活化,自此成为了有机合成领域公认的领导者之一。

诺贝尔化学奖2021 第2张

戴维·麦克米伦

然而,就是这样一位世界级“化学大牛”却诞生于“一时兴起”。麦克米伦曾在接受采访时表示,受到哥哥的影响,自己在高中开始上科学课的时候,就深深被物理和化学逻辑中的乐趣吸引。于是,他在高中毕业后申请了格拉斯哥大学的物理系。“我原本是去格拉斯哥大学学物理的,但因为物理教室太冷了,化学教室却暖和得多,所以自己决定换专业从物理系去到了化学系。显然这是个有趣的故事。”他说道。

在麦克米伦看来,作为一名化学家最大的乐趣就是得到一个完全不同的结果。他感慨道:“在这一刻,你可以想象所有的.可能性在你面前打开,这是伟大的。在科学世界里没有比这种感觉更好的了。”

本杰明·李斯特:不知道自己为什么成功的科学家

在科学探索的世界里,兴趣无疑是最好的老师。另一名诺奖得主本杰明·李斯特称,自己在十八岁时便已立志要成为一名化学家。

本杰明·李斯特,1968年出生于法兰克福。1997年,在歌德大学获得了博士学位后前往美国拉霍亚的斯克里普斯研究所做博士后,并于1999年成为助理教授。2003年,他回到德国,成为马克斯普朗克煤炭研究所的工作组组长。2004年,成为科隆大学的名誉教授。2005年,被任命为马克斯普朗克煤炭研究所所长。

“我不知道成为一个成功科学家的秘诀是什么,但这可能与你热爱你所做的事情有关。”在成为有机合成领域的大牛后,李斯特对于自己的成功如是说道。

诺贝尔化学奖2021 第3张

本杰明·李斯特接到获奖通知时正在和妻子一起吃早餐。

“在做实验时,我感到非常孤独。没人在我的领域工作。在我的学术生涯刚开始的时候,我感到十分不安:我在做的事情,是不是太疯狂了?也许,所有其他聪明的科学家已经考虑过这个问题了?并且早已发现这是异想天开?”他曾在接受采访时表示。然而,当实验完成之后,第一篇出版物刊发出来,很快得到认可的感觉让人感到特别满足。

“最美好的始终是工作本身:作为自然科学家,我们始终从事新事物的研究,它们也许前人从不知晓,也许在宇宙中还从未存在过。这就是为什么我爱我的职业。”他还补充道。

得知自己获得诺贝尔奖时,李斯特正在阿姆斯特丹与家人度假。他表示,自己和妻子一起吃早餐的时候,突然接到了来自斯德哥尔摩的电话,一开始还以为是有人在开玩笑。

在获奖后的新闻发布会上,他称这是一个“巨大的惊喜”。“你们让我今天过得很开心,”53岁的他在电话中表示。“我希望自己不辜负这一赞誉,继续发现令人惊叹的东西。我总是喜欢走极端,常常想我们能做到以前不可能做到的事情吗?”

什么是“不对称有机催化”?

许多研究领域和行业都依赖于化学家构建分子的能力,这些分子可以形成弹性及耐用的材料,或者将能量储存在电池中,或者在医学领域实现抑制疾病的进展——以上这些工作都需要催化剂。催化剂是控制和加速化学反应的物质,但不会成为最终产品的一部分。

因此,催化剂被称为化学家的“基本工具”。但长期以来研究人员认为,原则上只有两种催化剂可用:金属和酶。本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦此次被授予2021年诺贝尔化学奖,正是因为他们在2000年独立开发了第三种催化剂——不对称有机催化,建立在有机小分子的基础上。

有机催化剂有一个稳定的碳原子框架,活性化学基团可以附着在碳原子上。有机催化剂通常由氧、氮、硫或磷等常见元素组成,这意味着这些催化剂既环保又廉价。

自2000年以来,有机催化以惊人的速度发展。本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦迄今仍然是该领域的领导者,他们已经证明有机催化剂可用于驱动多种化学反应。

利用这些反应,研究人员现在可以更有效地构建很多东西,从新药物到可以在太阳能电池中捕获光的分子。可以说,通过这种方式,有机催化剂正在为人类带来最大的利益。

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10 月 6 日,2021 年度诺贝尔化学奖揭晓:授予德国科学家本杰明 · 利斯特和美国科学家大卫 · 麦克米伦,以表彰他们对 " 不对称有机催化发展 " 的贡献,这对药物研究产生了巨大影响,并使化学更加绿色。

" 这个催化概念既简单又巧妙,事实上很多人都想知道为什么我们没有更早地想到它," 诺贝尔化学委员会主席约翰 · 奥克维斯特的一句话,道出了这两位新科诺奖得主的最大特点——坚持独特与原创,不走与别人雷同的路。

不对称有机催化,构建分子的巧妙工具

构建分子是一门艰难的艺术。许多研究领域和行业都依赖于化学家构建分子的能力,这些分子可以形成性能特异的材料、构建高性能电池,或是新药。而所有这些分子的构建通常都需要催化剂。

长期以来,研究人员总是认为,手性催化原则上只有两类催化剂可用:金属和酶。但本杰明和大卫在 2000 年独立开发了第三种催化剂——建立在有机小分子上,从此有了一个新名词 " 不对称有机催化 "。

中科院上海有机所研究员左智伟曾在大卫的实验室做博士后,他曾听大卫提起过这一新发现的初衷:上世纪九十年代,金属催化剂已经非常成熟,然而这些催化剂价格高昂,而且为了去除微量残余重金属,带来很多生产、环保、健康上的成本。于是,大卫就想另辟蹊径,找到一种不用金属的、价格低廉又环保的催化剂。

几乎与大卫同时,本杰明也在做着类似的探索,最终两人同时为有机催化踢出了临门一脚,开启了自 2000 年以来该领域的蓬勃发展。事实证明,有机催化不怕水、不怕氧气,还操作简单、价格便宜,深受工业界的欢迎。

著名有机化学家、上海交通大学常务副校长丁奎岭告诉记者,有机催化剂可用于驱动多种化学反应,尤其在药物领域," 在构建分子时,经常会出现手性分子,就像我们的左右手一样,看起来一模一样,却无法重合。但在制药时,一般只有其中一种有效,而另一种甚至会有毒副作用,不对称有机催化为我们获得优质高效的好药,做出了很大的贡献 "。

" 直到现在,他们两位仍是有机催化领域的领导者。" 他介绍,本杰明一直致力于提升有机催化的效率,而大卫则在光催化领域有了新的开拓——这同样也是诺奖级工作。

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跳出思维定势,别人的重复实验成了他们的诺奖工作

" 这种催化概念既简单又巧妙,事实上,很多人都想知道为什么我们没有更早地想到它。" 诺贝尔化学委员会主席约翰 · 奥克维斯特的这句话,可能是这两位诺奖得主对世人最大的启迪。

其实,本杰明与大卫获得诺奖的最基本工作,已经在过去几十年被无数人重复过无数次,用脯氨酸来做实验,可以说是每个学习有机化学的研究生必须掌握的技能。但是,谁又想到,从习以为常的简单重复中,会隐藏着开拓一个新领域的发现?

" 氨基酸必须作为酶的一部分,才能催化化学反应吗?单个氨基酸,或类似的其它简单分子,是否也能起到相同的作用?在他们之前,谁也没想过。" 丁奎岭说,这种跳出思维定势、不走寻常路的创新思维,的确值得所有科研工作者细心揣摩与学习。

华东师范大学化学与分子工程学院教授周剑曾于 2005 年至 2008 年在本杰明的实验室攻读博士后。" 他从不加班,最欣赏的就是用轻松悠闲的态度去攻克科学难题。" 在他眼中,本杰明喜欢学生在喝酒踢球、开会交流中,充分地自由探索," 他希望我我们集中精力去思考最前沿、最顶尖,同时也是自己喜欢的化学问题 "。

而大卫对于原创的追求,更加极致。在左智伟眼中,这位导师对论文发表的要求非常严格,一般与他同级别的教授,至少已发表论文 300 多篇,而他至今只发了 100 篇左右论文," 有很多工作其实已经足以在国际一流期刊上发表,但他要是觉得这些工作没有足够原创性、对其他人的研究没有足够启发性、不能产生重要影响,他宁可不发 "。

" 中国缘 " 颇深,他俩都有多位中国博士后

今年诺贝尔化学奖终于回归了纯化学领域,而这两位新科诺奖得主与中国有着颇深的缘分,在本杰明实验室完成深造的中国博士后多达 20 多位,而大卫的实验室里也先后接收过十多位中国博士后。

虽然因为学术上的竞争关系,本杰明与大卫之间的关系颇有些 " 紧张 ",业界传言他们一般不会出现在同一个学术会议上,但他们对于中国同行、中国学生,都非常友好。

在疫情发生前,本杰明经常会突然出现在上海有机所的园区里,熟稔到事先连招呼也不打,就来面试几个学生,或是跑到某个同行朋友办公室聊聊,随后又离开。上海有机所研究员记游书力清楚记得,本杰明喜欢红烧肉,每次来所里吃饭必点。

诺贝尔化学奖2021 第5张

" 本杰明 50 岁生日也是在上海过的,还是在浦江游轮上。" 周剑说,2018 年他邀请本杰明来上海讲学,顺便把他在中国的学生都召集到上海,一起为导师过了一次生日。

最近,大卫还为有机所的学生开了一次线上讲座。" 过去,他差不多每两年会来一次中国,在美国他也会每年带学生到家里聚会一两次。" 左智伟说,大卫非常懂得享受生活,可能是高尔夫球打得最多的有机化学教授之一,同时也是葡萄酒品味最高的教授之一。

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