2016年诺贝尔化学奖及解读

2016年诺贝尔化学奖揭晓

北京时间10月5日下午5点45分，2016年诺贝尔化学奖揭晓，法国、美国、荷兰三位科学家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”。

Jean-Pierre Sauvage，1944年出生于法国巴黎。1971年从法国斯特拉斯堡大学获得博士学位。目前为法国斯特拉斯堡大学荣誉退休教授，及法国国家科研中心名誉研究主任。

J. Fraser Stoddart，1942年出生于英国爱丁堡。1966年从爱丁堡大学获得博士学位。目前为美国西北大学化学教授。

Bernard L. Feringa，1951年出生于荷兰Barger-Compascuum。1978年从荷兰格罗宁根大学获得博士学位。目前为荷兰格罗宁根大学有机化学教授。

他们研发出世界上最小的“机器”

一部微型“起重机”，几块人工“肌肉”和微型“马达”。今年的诺贝尔化学奖授予了Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart和Bernard L. Feringa三位，以表彰他们设计并制造出分子机器。他们开发出的这种分子机器，其运动可受控制，给其注入能量时便能执行任务。

计算的发展向我们展示了微型技术是如何引发一场科技革命的。今年化学奖的三位获奖者实现了机器的微型化，将化学的发展带到一个新的维度中。

1983年，Jean-Pierre Sauvage踏出了分子机器研发的第一步，当时，他成功地将两个环形分子连接起来，形成一根链，并命名其为“索烃”。通常情况下，分子之间通过强共价键这种子之间共享电子的方式相结合，但在链状分子中，分子的结合则是通过自由力结合。一部机器要能执行任务，它的各个组成部分之间必须具有相对运动的能力。这两个相互扣合的环形分子符合这个要求。

到了1991年，Fraser Stoddart完成了分子机器研发的第二步——研究出轮烷。他将一个环形分子套在一个线性分子上，该环形分子能够以线性分子为轴移动。之后，他以轮烷为研究基础，研发出分子“起重机”，分子“肌肉”和分子计算芯片。

Bernard Feringa则是研究出分子马达的第一人。1999年，他研究出分子旋转叶片，其能同向持续旋转。利用分子马达，他让一个比马达大上1万倍的玻璃杯成功旋转，此外，他还设计出一辆纳米车。

今年的三位获奖者打破了分子系统的平衡局面，为其注入能量，从而使分子的运动具有可控性。从历史发展来看，分子马达和19世纪30年代的电动机何其相似，当时科学家们展示了各种各样的旋转曲柄和轮子，却没意识到这些东西将导致电车、洗衣机、风扇以及食品加工机的产生。今天，分子机器很有可能在新材料、传感器以及储能系统的研发中得到应用。

来源：科学网 www.sciencenet.cn，作者：张笑 梅进，发布时间：2016/10/5。

二十多年来诺贝尔化学奖得主

1990年—1999年

1990年：伊莱亚斯.科里(美)开发了计算机辅助有机合成的理论和方法。

1991年：理查德.恩斯特(瑞士)对开发高分辨率核磁共振(NMR)的贡献。

1992年：罗道夫.阿瑟.马库斯(美)对创立和发展电子转移反应的贡献。

1993年：凯利.穆利斯(美)迈克尔.史密斯(加)对DNA化学的研究，开发了聚合酶链锁反应(PCR)。

1994年：乔治.欧拉(美)对碳正离子化学反应的研究。

1995年：保罗.克鲁岑(荷)马里奥.莫利纳(墨)弗兰克.罗兰(美)对大气化学的研究。

1996年：罗伯特.苛尔(美)哈罗德.沃特尔.克罗托(英)理查德.斯莫利(美)发现富勒烯。

1997年保罗.博耶(美)约翰.沃克尔(英)阐明了三磷酸腺苷合成酶的机理 延斯.克里斯汀.斯科(丹)离子传输酶的发现，钠钾离子泵。

1998年：沃特.科恩(美)密度泛函理论的研究， 约翰.波普(英)量子化学计算方法的研究。

1999年：艾哈迈德.兹韦勒(美)用飞秒激光光谱对化学反应中间过程的研究。

2000年—2015年

2000年：艾伦.黑格(美)艾伦.麦克迪尔米德(美/新西兰)白川英树(日)对导电聚合物的研究。

2001年：威廉.诺尔斯(美)野依良治(日)手性催化还原反应，巴里.夏普莱斯(美)手性催化氧化反应。

2002年库尔特.维特里希(瑞士)约翰.贝内特.芬恩(美)田中耕一(日)对生物大分子的鉴定和结构分析方法的研究。

2003年：彼得.阿格雷(美)罗德里克.麦金农(美)对细胞膜中的水通道的发现以及对离子通道的研究。

2004年：阿龙.切哈诺沃(以)阿夫拉姆.赫什科(以)欧文.罗斯(美)发现了泛素调解的蛋白质降解。

2005年：罗伯特.格拉布(美)理查德.施罗克(美)伊夫.肖万(法)对烯烃复分解反应的研究。

2006年：罗杰.科恩伯格(美)对真核转录的分子基础所作的研究。

2007年：格哈德.埃特尔(德)，在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献。

2008年：下村修(日)、马丁.查尔菲(美)、钱永健(美)，发现并发展了绿色荧光蛋白(GFP)。

2009年：万卡特拉曼.拉玛克里斯南(英)、托马斯.斯泰茨(美)、阿达.约纳什(以色列)，在核糖体结构和功能研究中做出贡献。

2010年：理查德.赫克(美)、根岸英一(日)、铃木章(日)，发明新的连接碳原子的方法。

2011年：以色列科学家Daniel Shechtman获奖，获奖理由是“发现准晶体”。 

2012年：罗伯特.莱夫科维茨(美)、布莱恩.克比尔卡(美)，因“G蛋白偶联受体研究”获奖。

2013年：马丁.卡普拉斯(美)、迈克尔.莱维特(英、美)、阿里耶.瓦谢勒(美、以色列)，在开发多尺度复杂化学系统模型方面做出贡献。

2014年：埃里克.贝齐格(美)、威廉.莫纳(美)、斯特凡.黑尔(德)，为发展超分辨率荧光显微镜做出贡献。

2015年：托马斯.林达尔(瑞典)、保罗.莫德里奇(美)、阿齐兹.桑贾尔(土耳其、美)，因“DNA修复的细胞机制研究”获奖。

中国科学家解读2016年诺贝尔化学奖

 紧随生理学奖和物理学奖之后，北京时间10月5日下午5点45分，2016年诺贝尔化学奖也终于揭晓。三位科学家——让-皮埃尔•绍瓦热、弗雷泽•斯托达特爵士和伯纳德•L•费林加获奖，领域是“分子机器的设计与合成”。

“近几年，诺贝尔化学奖都快变成‘理综奖’了，很高兴今年终于颁给了纯化学。”中科院理化所研究员丛欢笑道。他告诉《中国科学报》记者，与前几年获得诺贝尔奖的光纤通信、青蒿素、蓝光LED等不同，分子机器与人们的日常生活联系没有那么紧密，更接近基础研究。

学科：小分子，大领域

在丛欢眼里，分子机器是一个“很好玩”的领域。分子肌肉、分子电梯、分子马达……这些听起来就颇具趣味的概念，都是这个领域的代表工作。

诺贝尔化学奖委员会主席萨拉•林瑟在新闻发布会上表示，半个多世纪以来，将机器缩小到纳米尺度成为科学家的梦想。这需要开发出新的化学策略，制作出连锁的环形分子，并找到有效的能源转换方式——而所有这些东西仅有一根头发丝的千分之一大小。

绍瓦热及其团队在1983年取得了第一个突破：开发出相互连接的分子环。接下来的几年中，三位获奖者依次设计得到了分子梭、可控旋转的互联环、分子转子等。

基于费林加的光分子马达思想，科学家们还创造出一辆四轮驱动的纳米分子车。在“马达”的驱动下，这辆汽车能够缓缓地定向运动。

总而言之，“分子机器”是在合适的外界刺激下，可以执行类似机器运动的独立分子或分子组装体。“驱动分子机器运动的能量可以是各种化学能，也可以是电能、光能等。”中科院化学所研究员陈传峰表示，“通过分子和分子之间非共价相互作用力形成的结构固定的超分子组装体，再通过酸碱、离子、光、电等外界刺激，使分子之间发生相互运动，最终实现做功。”

如今，上述三位科学家开拓的“分子机器”研究，已经形成了一个很大的领域，涉及有机合成、超分子化学、分析化学等学科交叉。而全世界众多科研人员正在为此奋斗。

陈传峰介绍，1987年，美法三位科学家因在超分子化学的产生与发展方面做出的杰出贡献，而获得当年的诺贝尔化学奖，近30年后的今天，欧美三位科学家又因与超分子化学直接相关的分子机器研究，荣获诺贝尔化学奖，这可以说是为（有机）超分子化学研究带来了新的契机，是这一学科的“第二春”。

前景：一切皆有可能

据丛欢介绍，分子机器技术可以用在分子开关，传感器，催化等领域。但目前为止，其实际应用还没有达到期待的水平。他打比方说：“三位科学家解决了分子机器中基本结构单元的问题。这就像是发明了活塞、齿轮等基本零件，但是人们日后把这些零件组装起来，并形成功能完整的机器，还有很长的路要走。”

“当然，现在为时尚早，但一旦你能控制这种运动，一切皆有可能。”获奖者之一费林加说，“可以想象，医生能将这些微型机器人注入你的血管，然后寻找癌细胞或释放药物。”他将该发现与莱特兄弟的创举相比较：莱特兄弟刚发明飞机时，也无法想象今天的航空事业如此繁荣。

复旦大学化学系教授黎占亭评价道，作为超分子化学一个很重要的分支，三位科学家的开创性工作使得化学家在纳米层次上控制单分子和多分子的运动达到了前所未有的高度。传统上，化学研究强调分子本身的结构与性质，但是通过分子马达的研究，化学家认识到，分子间和分子内的相互作用，也可以极大地改变它们的微观和宏观性质，而对分子运动本身的控制，为未来设计新的智能分子材料及分子计算机等都提供了新的原理和策略。

国内：起步晚、发展快

黎占亭指出，这三位获奖者与中国化学界的学术交流是很多的，他们都曾多次访问中科院上海有机所、复旦大学等科研机构和高校。2014年在上海举办的国际大环和超分子化学学术会议上，斯托达特爵士是大会报告人之一，他还是天津大学中组部外籍千人，有独立的实验室开展研究。

斯托达特和费林加都培养了很多中国留学生。在斯托达特的课题组里，中国学生的数量甚至达到了四分之一，在他最近十年发表的论文中，中国留学生做出了很大贡献。斯托达特曾表示，自己非常喜欢中国学生，认为他们踏实、努力，并且天赋极高。

目前，这些留学生不少已经学成回国，在国内著名高校和研究所任教授，获得中组部青年千人计划等，并开始做出创新性工作。

据专家介绍，在我国，分子机器领域的研究起步相对较晚。但黎占亭认为，过去十年来，我国在这一领域的进步迅速。仅上海地区，华东理工大学、复旦大学及上海有机所等单位，就都做出了具有世界水平的研究成果。特别是近年来国家加大基础研究投入，加快青年杰出人才的引进，他相信未来会有越来越多原创性的工作在中国完成。

陈传峰也表示，经过几十年的发展，中国有不少研究小组正在开展前沿的超分子化学研究，并取得了诸多进展。今年8月，全国第十八届大环化学暨第十届超分子化学学术讨论会刚刚落下帷幕。据悉，这一会议是国内该领域主要学术交流平台之一，每届会议都吸引全国超分子化学领域的学者积极参与。

来源：科学网 www.sciencenet.cn,作者：李晨阳 甘晓 崔雪芹 唐凤,2016/10/5.

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