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无数人重复的实验为何成就今年的诺贝尔化学奖

时间:2021-10-07 来源:视窗在线 浏览:

瑞典皇家科学院6日宣布,将2021年诺贝尔化学奖授予德国科学家本亚明·利斯特和美国科学家戴维·麦克米伦,以表彰他们在发展不对称有机催化中的贡献。图/视觉中国

■本报记者 许琦敏

北京时间10月6日傍晚,2021年诺贝尔化学奖揭晓:德国科学家本亚明·利斯特和美国科学家戴维·麦克米伦凭借对“不对称有机催化发展”的贡献而获得这一殊荣。他们的发明革新了人类合成分子的方式,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。”正如诺贝尔化学委员会主席约翰·奥克维斯特所言,两位新科诺奖得主给予科研的最大启迪在于:跳出思维定势,从习以为常中发现不寻常,大道亦至简。

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。

催化剂是化学家的基本工具,研究人员长期以来认为原则上只有两类催化剂可用:金属和酶。但本亚明和戴维在2000年独立开发了第三种催化剂——建立在有机小分子上,从而诞生了一个全新概念——“不对称有机催化”。

中科院上海有机所研究员左智伟曾在戴维的实验室做博士后,他曾听导师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,且为了去除微量残余的重金属,增加了很多生产、环保、健康上的成本。于是,戴维很想另辟蹊径,找到一种价格低廉又环保的非金属催化剂。

几乎在同时,远在德国的本亚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”,开启了该领域的蓬勃发展。 ◆下转第三版(上接第一版)事实证明,有机催化不怕水、不怕氧气,且操作简单、价格低廉,深受工业界的欢迎。

著名有机化学家、中科院院士、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,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,作出了很大贡献”。

“直到现在,他们两位仍是有机催化领域的领导者。”丁奎岭介绍,本亚明一直致力于提升有机催化的效率,而戴维则在光催化领域有了新的开拓——这同样也是诺奖级的工作。

跳出思维定势,创新思维不走寻常路

其实,本亚明与戴维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,在这习以为常的简单重复中,竟隐藏着开拓一个新领域的原创发现?

“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,或类似的其他简单分子,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,值得所有科研工作者细心揣摩。

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年在本亚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。”在他记忆中,本杰明鼓励学生在喝酒、踢球、开会交流中充分自由探索,“他希望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”。

而戴维对于原创的追求,更加极致。在左智伟眼中,这位导师对科研的要求非常严格,至今只发了不到百篇论文,“有很多工作其实已经足以在国际一流期刊上发表,但他总是觉得这些工作没有足够原创性、对后续研究没有足够启发性、不能产生重要影响,因此,他宁可不发”。

“中国缘”颇深,有多位中国博士后

今年的诺贝尔化学奖终于回归到了纯化学领域,而两位新科诺奖得主与中国都有着颇深的缘分。在本亚明实验室完成深造的中国博士后多达20多位,而戴维的实验室也先后接收过十多位中国博士生和博士后。

虽然因为学术上的竞争关系,本亚明与戴维之间的关系颇有些“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,本亚明经常会“突然”出现在上海有机所的园区里,熟稔到事先连招呼都不打,就过来面试几个学生或是跑到某个同行朋友办公室聊天,随后又离开。上海有机所研究员游书力清楚记得,本杰明最喜欢吃红烧肉,每次来所里吃饭必点这道菜。

“本亚明50岁生日是在上海过的,还是在浦江游轮上。”周剑说,2018年他邀请本亚明来上海讲学,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,戴维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,在美国他也每年带学生到家里聚会一两次。”左智伟说,戴维非常懂得享受生活,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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