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他算错减法,却拿了诺贝尔化学奖

Kai,小羽 世界顶尖科学家论坛 2022-04-16


2016年诺贝尔化学奖得主弗雷泽·斯托达特(Fraser Stoddart),6月15日发推特感慨:“时间飞逝。自从我离开爱丁堡梅尔维尔学院去上大学以来,到本周正好已经50年了。怀念那些穿红色军装、打曲棍球、担任学校士官……的日子。虽然我不知道接下来面对的会是什么,但我心情很放松。”


图|推特


而在评论里,有人指出如果从1960年算起,应该是60年前的事情了。这次在减法上翻车的斯托达特自嘲回应:“看吧,这就是我当不成数学家的原因。”






斯托达特




图|Nobel Prize

姓名:弗雷泽·斯托达特(Fraser Stoddart)

奖项:2016年诺贝尔化学奖

生于:1942年5月24日,英国爱丁堡

获奖原因:设计和合成分子机器


拿到诺贝尔奖,我才刚上路呢


尽管已经拿到了诺贝尔奖,但是目前78岁的斯托达特仍然没有就此止步,他在不断完善他的分子机器。6月12日,他在《Science》上发表标题为“A precise polyrotaxane synthesizer”(一个精确的聚轮烷的合成器)的论文。
聚轮烷由多个“轮”(通常称为大环),套在一个聚合物链的“轴” 上,两边通过大尺寸端基封端使“轮”无法从“轴”上脱离,得到具有多个 机械互锁结构的聚合物。由于“轮”与“轴”之间没有共价键,这些大环可以自由滑动,赋予聚轮烷许多独特的性能,包括分子机器(分子穿梭 机、分子算盘)和超柔性材料、滑环材料。

图|Science


聚轮烷中,大环的数量、密度通对聚轮烷的性能有着决定性的影响,然而传统的合成方法(例如嵌套封端)却无法进行精确控制,通常只能通过改变温度、溶剂、聚合物“轴”的分子量等方式进行大致的调节。
斯托达特团队采用了一种全新的方法:利用分子机器制备聚轮烷。该研究对滑环凝胶、电池电极材料、药物输送系统等技术应用具有重要意义,有望成为全有机电池原型的基础。


村上不算啥,他才是诺奖陪跑专业户


从1993年开始,就有传言说斯托达特将获得诺贝尔奖;所以每次传言飞来,他都会应他任教大学新闻办公室的要求,对自己的简历进行一番更新。

经历了很多年繁琐的简历更新流程,迟迟没有获奖的斯托达特终于在2016年彻底“佛”了。在当年诺贝尔化学奖揭晓的前几天,西北大学媒体关系部照例请求斯托达特更新简历,斯托达特告诉他的助手——玛格丽特·肖特(Margaret Schott)说:“不用这么麻烦了,根本就不会有什么他们期待的场景发生。诺贝尔奖——是不可能的啦。”
当2016年10月5日凌晨4点电话响起时,斯托达特只睡了三个小时。当来电通知他获得了诺贝尔化学奖后,斯托达特首先以为这是个诈骗电话。但当此人继续讲述所有细节时,他听出了电话里的瑞典口音。


现象级美剧《生活大爆炸》中,正在焦虑等待诺贝尔奖来电的谢尔顿和艾米被故意模仿瑞典口音的同事巴里·克瑞普吉骗了。图|Indie Wire


在瑞典皇家科学院的新闻发布会现场直播之前,他有大约20分钟的时间来告诉家人这个消息。
他给自己的女儿们打了一通情感丰沛的电话,她们都是化学博士,分别是当时正在英国剑桥的艾莉森·斯托达特(Alison Stoddart)和当时在日本神户的菲奥娜·麦库宾(Fiona McCubbin)。任职于《自然评论材料》的编辑艾莉森回忆说,“爸爸在哭,我也在哭。”


12月10日,J·弗雷泽·斯托达特爵士在斯德哥尔摩音乐厅从瑞典国王卡尔十六世·古斯塔夫手中接过诺贝尔化学奖。图|North Western University


但对于弗雷泽·斯托达特来说,这是一个苦乐交织的瞬间。他的妻子诺玛(Norma)是来自苏格兰的化学家同行,她在与乳腺癌抗争12年后,于2004年与世长辞,无法见证斯托达特的荣耀瞬间。


导师的一通电话开启诺奖之路


1967年,25岁的弗雷泽·斯托达特正打算登上飞往加拿大的飞机——这也是他人生第一次坐飞机——开启他的博士后研究时,斯托达特收到了来自他母校——爱丁堡大学的博士考官埃德蒙·赫斯特爵士(Edmund Hirst)的忠告:“斯托达特,无论你做什么,你一定要确保你能够解决一个大问题。”


斯托达特后来回忆道:“虽然我当时完全不知道他在说什么,但是他的这些话语在整个飞行期间都萦绕在我的耳边。”


后来,斯托达特非常幸运。他到达皇后大学时,发现他的导师正巧要去巴西做一年研究,要暂时离开学校。所以新晋博士后斯托达特突然间有了很大的自主权,他乐此不疲地沉浸在大学的图书馆里寻找他的“大问题”。


两个月后,他在《美国化学会杂志》上看到了杜邦实验室科学家查尔斯·佩德森(Charles Pedersen)写的一篇论文,内容是制造一个非常大的蕴藏着18个原子的环——它有6个氧和12个碳。


"这着实让我大吃一惊,"回忆往事,当时已经是西北大学温伯格文理学院化学系董事会成员的斯托达特教授说,"因为我在爱丁堡的教授们一直在说,'你永远无法大规模地制造这些东西。你可以制造五个原子的环,甚至六原子环和七原子的环,但再多的就别想了'。而这个瞬间,我突然意识到并不是这样的,我可以进行大规模制造!换而言之,我已经识别出了大问题:如果你有一个足够大的原子环,那么你就可以推开新世界的大门,通过它创造一些新的东西。"


尽管斯托达特从隐约意识到机械键的存在到发现它历经了很多年,但是他走在了正确的道路上。他对化学这一 "爱好 "的热情将使他跨越三大洲,在英国和美国的八所大学担任教学和研究工作,并在巴西、法国、意大利和瑞士担任客座讲师,直到2008年他才在西北大学稳定下来。


对于一个出生于1942年,儿时生活在二战后的农场里,眼里看到的交通工具都是马车,一直到1959年才有机会用上电的苏格兰人来说,他一路从纳米大小的分子机器到2016年获得诺贝尔化学奖,这是一段非常不平凡的旅程。


Reference

  1. Science, A precise polyrotaxane synthesizer,https://science.sciencemag.org/content/368/6496/1247/tab-figures-data;
  2. Nobel Prize, Sir J. Fraser Stoddart Facts, https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2016/stoddart/facts/;
  3. Northwestern, The Right Chemistry,https://www.northwestern.edu/magazine/spring2017/feature/the-right-chemistry-sir-fraser-stoddart-nobel-prize.html
  4. Umaine, News, new research significantly advances production of polyrotaxanes, https://umaine.edu/news/blog/2020/06/11/new-research-significantly-advances-production-of-polyrotaxanes/




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