诺贝尔化学奖重回有机化学!颁给了研究不对称有机催化的他们……

作者:高分子科学前沿 发布时间:2021-10-08
北京时间 2021 年 10 月 6 日下午 5 点 50 分,2021 年诺贝尔化学奖重磅公布,德国马普煤炭研究所所长 Benjamin List、普林斯顿大学化学教授 David W.C. MacMillan 获奖,以表彰他们对“不对称有机催化做出的贡献”。

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本杰明·李斯特,1968年生于德国法兰克福,现为德国马克斯·普朗克煤炭研究所所长。            


           

戴维·麦克米伦,1968年生于英国贝尔斯希尔,现为美国普林斯顿大学教授。            

虽说奖项方向是众望所归,但是获奖者还是有些意外,本杰明是这个方向德高望重的老科学家,但是麦克米兰非常年轻,年轻到国内对他非常不熟悉。举个最简单的例子,百度百科关于他的词条是昨天临时加进去的,对他的介绍就只有诺贝尔获奖人。



           

           
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本亚明·利斯特 (Benjamin List)和戴维·麦克米伦 (David MacMillan)                    


评委会表示在颁奖词中表示:“建造分子是一门艰难的艺术。本杰明·李斯特和麦克米伦因其开发了一种精确的分子构建新工具:有机催化,而获得2021年诺贝尔化学奖。这对医药研究产生了巨大影响,并使化学变得更加环保。”

颁奖词中指出,催化剂是化学家的基本工具,但研究人员长期以来认为,原则上只有两种类型的催化剂可用:金属和酶。本杰明·李斯特和戴维·麦克米伦被授予2021年诺贝尔化学奖,因为在2000年,他们彼此独立,开发了第三种类型的催化作用。有机催化剂有一个稳定的碳原子框架......这意味着这些催化剂既环保又便宜。

自2000年以来,有机催化技术以惊人的速度发展。二位目前仍然是该领域的领导者,他们已经证明了有机催化剂可以用来驱动众多的化学反应。利用这些反应,研究人员现在可以更有效地构建从新药到能在太阳能电池中捕获光线的分子的任何东西。通过这种方式,有机催化剂正在为人类带来最大的利益。

不对称,或者叫手性,是自然界的本质特性之一,就跟我们的双手,一定会有左右手之分,两只手像一对镜像,但是又不能重合。在微观层面上,分子也是呈手性,很多分子都是成对出现,分为左旋和右旋,或者从结构上分为L-型和D-型,两种分法不重合。我们经常听说的左旋肉碱、右旋糖这些术语,都是这么来的。而在身体里面,像氨基酸、核酸等分子,也都是有手性的。

不对称催化反应,指的就是在有机合成的时候,只合成左旋或右旋中的一种分子。如果是一般的合成手段,结果很可能是左右旋各占一半,结果就叫消旋体。不对称催化合成的价值,主要体现在两个方面,一是从应用环境来说,很多时候只有特定手性分子是有用的,比如我们身体中的氨基酸,就只会选择L型,糖则一般都是D型,那么D型氨基酸和L型糖对人体就没什么作用,还会干扰合成过程。另外一方面,不对称合成也是一种更经济的做法,从经济的角度来说,如果按需生产,要L型就做L型,那么就可以少浪费一半原料。所以,不对称合成非常有必要,不管是应用还是经济角度,都是如此。

化学更像处于不同科学领域交接的中心位置,一边接近为其提供理论基础的物理学,另一边又接近生物学,因为生物学科其实是整个化学学科最复杂领域的延伸。


诺贝尔化学奖的领域突破主要集中在 20 世纪。在此期间,化学学科领域有着新的定义与界定,学科分支得到了新突破,包括在先前学科——物理化学基础上的进展,以及发展出的其他子类,如化学热力学、化学变化、化学结构、有机化学,以及一些生物化学领域。当然,这些不同领域之间的边界是分散的,因此许多获奖者会在不止一个地方被提及。

从颁奖数量来看,有机化学占主导地位,有不少于 25 个奖项。此外,有机化学的大量奖项是授予对日益复杂的自然产物的化学研究,更接近生物化学。

在化学领域的另一端,物理化学(包括化学热力学和动力学)则占主导地位,共有 14 个奖项;但理论化学也有 6 个奖项;化学结构是另一个有 8 个奖项的大领域,包括方法发展奖以及确定大型生物分子或分子复合物的结构奖;工业化学在 1931 年首次被认可,但最近的许多基础贡献奖都与工业应用相近,比如聚合物化学。

               
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过去6年诺贝尔化学奖得主名单                                

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2020年——法国和美国科学家Emmanuelle Charpentier、Jennifer A. Doudna获奖,获奖理由是“开发出一种基因组编辑方法”。                
                 
2019年——美国和日本3位科学家 John B Goodenough、M. Stanley Whittlingham、Akira Yoshino获奖,获奖理由是“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”。                
                 
2018年——美国科学家Frances H. Arnoid获奖,获奖理由是“研究酶的定向进化”;另外两位获奖者是美国的George P. Smith和英国的Sir Gregory P. Winter,获奖理由是“研究缩氨酸和抗体的噬菌体展示技术”。                
                 
2017年——瑞士、美国和英国3位科学家Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson获奖,获奖理由是“研发出冷冻电镜,用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”。                
                 
2016年——法国、美国、荷兰3位科学家Jean-Pierre Sauvage、J. Fraser Stoddart和Bernard L. Feringa获奖,获奖理由是“分子机器的设计与合成”。                
                 
2015年——瑞典、美国、土耳其3位科学家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar获奖,获奖理由是“DNA修复的机制研究”。                

               
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诺贝尔化学奖小知识                                

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——截至2020年,诺贝尔化学奖共颁发了112次,没有颁发的8年分别是1916、1917、1919、1924、1933、1940、1941和1942年。                
                 
——1901年至2020年,共186人次获奖,实际获奖个人为185人,因为英国科学家Frederick Sanger于1958年和1980年两次获奖。                
                 
——112次颁奖中,63次为单独获奖者,24次为2人共享,25次为3人共享。                
                 
——最年轻的获奖者是法国科学家Frédéric Joliot,1935年因“合成新的放射性元素”与妻子Irène Joliot-Curie一起获奖,时年35岁。                
                 
——最年长的获奖者是美国科学家John B. Goodenough,2019年因“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”获奖,时年97岁。他也是迄今为止所有诺奖得主中获奖时最年长的一位。                
                 
——185位诺贝尔化学奖得主中,有7位女性。分别是1911年的居里夫人(居里夫人另外还获得1903年的物理学奖)、1935年的Irène Joliot-Curie、1964年的Dorothy Crowfoot Hodgkin、2009年的Ada Yonath、2018年的Frances H. Arnold,以及2020年的Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna。                

               
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回顾120年诺贝尔化学奖                                

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