诺贝尔化学奖揭晓：表彰彻底改变分子结构精妙工具的研发科学家

诺贝尔奖的创立者瑞典人阿尔弗雷德•诺贝尔本人就是一名化学家，曾发明硝化甘油炸药。按照他的遗嘱，诺贝尔化学奖颁发给在化学方面做出重要发现和取得重大成果的人士。

据诺贝尔奖官网最新消息，北京时间10月6日17时45分，瑞典皇家科学院决定将2021年诺贝尔化学奖授予德国生物化学家本杰明·李斯特（Benjamin List）和美国科学家戴维·麦克米伦（David W.C. MacMillan）。以表彰其“研发非对称有机催化剂”，他们将分享1000万瑞典克朗（约736万元人民币）的奖金。

诺贝尔委员会在颁奖词中表示：“他们开发的一种精妙工具彻底改变了分子构造。”

李斯特和麦克米伦，图源：诺奖官推

获奖成果：一种构建分子的精妙工具

构建分子是一项艰辛的艺术。由于其开发的一种名为“有机催化剂”的新型精密分子构建工具，利斯特和麦克米伦被授予2021年诺贝尔化学奖。该工具对医药研究形成深远影响，并让化学更为环保。

诸多研究领域和产业均有赖于化学家构建分子的能力，这些分子可以制成弹性和耐用材料，将能量储存在电池中或遏制疾病的恶化。这一过程需要催化剂，催化剂是一种控制和加速化学反应的物质，但不会变为成品的一个组成部分。例如，汽车适用的催化剂将废气中有毒物质转化为无害分子。人类身体也包含数以千计的催化剂（其表现形式为酶），后者塑造生命所需的分子。

由此可见，催化剂已成为化学家使用的基本工具，但长期以来研究人员坚信，基本上只存在两种类型的催化剂，分别为金属和酶。2000年，李斯特和麦克米伦彼此独立地研发出第三种类型的催化剂，即基于小型有机分子构建而成的“非对称有机催化剂”。

李斯特检测一种名为脯氨酸的简单氨基酸能否驱动化学反应，发现其表现出色。脯氨酸有一个氮原子，可以在化学反应中提供和容纳电子

诺贝尔化学委员会主席奥奎斯特（Johan Åqvist）指出，"这种催化剂概念简洁但构思精妙，实际上很多人对于自己没有想到这一点而懊丧不已。”

有机催化剂具有一个稳定的碳原子框架，因此更多活跃化学基团得以附着其上。这些通常包含常见元素，如氧、氮、硫或磷。这意味着该类催化剂既环保，且制造成本也相当便宜。

有机催化剂使用范围快速扩展，主要得益于它们能够推动不对称催化作用。在构建分子时，往往出现两个不同分子同时形成的状况，就像我们双手那样，这两个分子长得一摸一样。化学家时常只需要其中一个分子，尤其在制作全新药品之时。

麦克米伦设计一些简单分子来制造亚胺离子，其中有一种在不对称催化方面表现出色

自2000年以来，有机催化技术的发展进入爆发性增长期。李斯特和麦克米伦依然是该领域的领军人物，他们证明有机催化剂能够驱动众多化学反应。通过这些化学反应，目前研究人员可以更为有效地制备包括新型药物到能够从太阳能电池捕获光线的分子在内的任何物质。就这样，有机催化剂正在为人类创造最大利益。

获奖科学家简介：

杰明·李斯特（Benjamin List）

1968年出生于德国法兰克福。1997年从法兰克福大学获得博士学位。目前为德国马普煤炭研究所研究人员。

戴维·麦克米伦（David W.C. MacMillan）

1968年出生于英国贝尔斯希尔。1996年从美国加州大学欧文分校获得博士学位。目前为美国普林斯顿大学教授。

化学改变生活：诺奖百年回眸

诺贝尔奖作为一种特殊的荣誉，会给予科学家多年辛苦钻研的巨大肯定。诺贝尔化学奖虽然听上去“高冷”，但实际上它离我们并不远，很多研究成果都在悄然改变着日常生活。

基本事实：

以下是有关诺贝尔物理学奖的一些基本数据：

• 1901至2019年间，共授出112个诺贝尔化学奖（除下列年份：1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940, 1941 and 1942）。

• 63个化学奖由一位获奖者独享，23个奖由两位获奖者分享，25个奖由三位获奖者分享。

• 在总共185位获奖科学家中，弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）是唯一荣获超过一次诺贝尔化学奖的科学家（1958年和1980年）；玛丽·居里（Marie Curie）也两次获得诺贝尔奖（1903年物理学奖和1911年化学奖），不过并非全部获得化学奖。

• 在总共183位获奖科学家中，仅有7位女性获奖者，她们分别为：

  玛丽·居里（Marie Curie, 1911年）

  伊雷娜·约里奥-居里（Irène Joliot-Curie，玛丽的女儿，1935年）；

  多罗西·克劳福特·霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkin，1964年）；

  阿达·尤纳斯（Ada Yonath，2009年）；

  弗朗西丝·阿诺德（Frances H. Arnold，2018年）；

  埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier），以及；

  珍妮弗·杜德纳（Jennifer A. Doudna）。
  

• 最年轻的诺贝尔化学奖得主为弗里德里克·约里奥（Frédéric Joliot），他与妻子（伊雷娜·约里奥-居里）一起荣获1935年诺贝尔奖时年仅35岁。

• 最年长的诺贝尔化学奖得主是约翰·古迪纳夫（John B. Goodenough），他于2019年获奖时已达97岁高龄。古迪纳夫也是最年长的诺贝尔奖获得者。

• 夫妻获奖者：

  伊雷娜·约里奥-居里和丈夫弗里德里克·约里奥（1935年共同获奖）。

• 母女获奖者：

  玛丽·居里（1911年）与女儿/女婿伊雷娜·约里奥-居里/弗里德里克·约里奥（1935年）。

从以往诺贝尔化学奖得主的名单可以看出，不少获奖者的获奖成就并非出自传统的化学研究，而是涉及生物学、物理学等多重学科，因此诺贝尔化学奖也被调侃为“理科综合奖”。1908年，英国物理学家卢瑟福因“对元素蜕变以及放射化学的研究”，荣获诺贝尔化学奖。他风趣地调侃道：“这是我一生中绝妙的一次玩笑！”

见微知著——这些诺奖成果已改变生活

化学离人们的生活有多远？有科学家认为，一切都是由化学元素构成的。尽管世界上存在无数种物质，但从微观领域看，无非是100余种元素的不同排列方式。

每到夜晚，五颜六色的霓虹灯就会点亮城市。霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。1904年，拉姆赛因发现6种惰性气体，并确定它们在元素周期表中的位置获得诺贝尔化学奖。

心脏、大脑、骨骼——这些都可以通过核磁共振成像观察到细节部分，从而可以帮助医生做出检测肿瘤的诊断。这种诊断方法是建立在高分辨率核磁共振光谱的基础上。恩斯特因在核磁共振成像方面的巨大贡献，获得了1991年的诺贝尔化学奖。

科学家对人体生命的探索不曾停止。DNA(脱氧核糖核酸)可组成遗传指令，是由微小的工厂核糖体“生产”出来的。每一个核糖体都会生产出上千个不同形式和功能的各种物质，三位科学家因发现这个工厂的结构，获得了2009年诺贝尔化学奖。

煎荷包蛋时为什么不会粘锅？雨衣为什么能防水？光合作用是如何产生？是什么破坏了臭氧层……这些问题都能在化学奖得主的研究成果中找到答案，科学家的发现，让人们对世界的看法有了根本改变。

以下为诺贝尔化学奖的百年回眸：

1902年：甜美如糖的化学

上世纪初的这一年颁发的化学奖可谓“甜甜美美”：菲舍尔（Hermann Emil Fischer）因为对于糖的研究而成为首名获此奖项的德国人。他的成就包括发明了一种方法，用来描述糖分子的复杂三维结构。

1904年：气球里的氦气

苏格兰人拉姆齐爵士（Sir William Ramsay）发现了惰性气体元素。这些元素是空气的固定组成部分，很少与其他物质发生反应。用来给气球充气以让它们能够升空的氦气也是惰性气体的一种，此外还包括霓虹灯里使用的氖。

1907年：不用活细胞也能酿啤酒

德国人比希纳（Eduard Buchner）发现，发酵过程并不一定需要活细胞。比如在酿造啤酒的发酵过程中，酵母会把糖转化成酒精。而比希纳证明了，这一过程在使用已经没有活力的酵母细胞也能完成，这在当时是一项令人不可思议的发现。

1911年：光芒四射的发现

居里夫人曾两次荣获诺贝尔奖：1903年她获得物理奖，八年之后又拿下了化学奖。她发现了放射性物质镭和钋。这些元素会进行放射性衰变。自然界中的铀矿石里就含有具有毒性的钋，而吸烟产生的烟雾中也有这一物质。

1915年：多姿多彩的植物

德国化学家维尔施泰特（Richard Willstätter）凭借对植物色素的研究而获得诺贝尔化学奖。尤其是对叶绿素的研究具有重大意义：正是这种物质让植物呈现绿色，并能促成光合作用，把阳光、二氧化碳和水最终转化为糖类。

1918年：化肥横空出世

德国人哈伯（Fritz Haber）发明了用氢气和氮气合成氨的方法。这使得人工合成肥料成为可能，加速了农业发展，以应对不断增长的全球人口。但合成氨技术也奏响了炸药生产的序曲。

1927年：自然的助消化剂

威兰德（Heinrich Otto Wieland）也是一名来自德国的诺贝尔化学奖得主，他发现了胆汁酸的结构。胆汁酸是胆汁的主要组成部分，由肝脏合成。它能够帮助人体消化和吸收脂肪。

1939年：为何男女有别

德国人布特南特（Adolf Butenandt）因为在性激素方面的研究而获诺贝尔奖。但希特勒不允许他前去参加颁奖仪式。布特南特首次成功分离出了许多控制人体性功能的荷尔蒙。正是这些物质决定了男性胚胎最终成为男人，女性胚胎成为女人。

1944年：核裂变-天使与魔鬼的合体

哈恩（Otto Hahn）发现了原子的核裂变。如果用较小粒子-中子，撞击质量较重的原子核，后者就会变成两个较小的原子核。这一过程会释放大量能量，以及其他中子，从而构成链式反应。哈恩的发现能够用来生产核电，但也可以制造原子弹。

1958年：糖尿病的奥秘

英国人桑格（Frederick Sanger）揭示了胰岛素的结构。糖尿病人无法制造或者是不能制造足量的胰岛素，因此必须经常通过注射的方式来补充，以维持生命。胰岛素目前已经可以通过基因技术大批量生产。

1963年：终于有了塑料袋！

1963年，德国人齐格勒（Karl Waldemar Ziegler）与意大利化学家纳塔（Guilio Natta）共享诺贝尔化学奖。两人发明了一种能够合成聚乙烯的工艺，而塑料袋正是用这种材料制造的。

1995年：臭氧空洞是如何产生的？

克鲁岑（Paul Crutzen）、莫里纳（Mario Molina）和罗兰（Frank Rowland）的研究项目是大气化学，尤其是臭氧层的产生和分解。这三位学者证明了，臭氧层对于人类社会排放的气体会作出何种反应，从而解释了臭氧空洞的来由。诺奖委员会认为这一成就足以得到表彰。

2008年：闪着绿光的老鼠

化学里有些东西确实挺难懂的，比如“绿色荧光蛋白”。日本人下村修、美国人查尔菲（Martin Chalfie）和生于美国的华裔钱永健（Roger Tsien）对这一物质进行了研究。在自然条件下，这种蛋白会出现在一些水母类动物上。而借助基因技术，老鼠也能产生这种蛋白。这样就能便于对活体器官的代谢过程进行观察。

2013年：虚拟空间的化学

借助电脑程序，人们可以轻而易举地对复杂的化学结构进行分析，任意进行拼接，并可以预言其反应。三名诺贝尔化学奖得主马丁·卡普拉斯(Martin Karplus)，迈克尔·莱维特(Michael Levitt)和亚利耶·瓦谢尔(Arieh Warshel)为此奠定了基础，并为许多应用铺平了道路，比如在电脑上研发药物。

2014年：微小世界的大英雄

德国物理学家黑尔（Stefan Hell）和美国科学家白兹格（Eric Betzig）、莫尔纳（William  Moerner）研制成功了一种突破性的显微技术，将光学显微镜的范围提高到了纳米尺度，甚至可以超高分辨活体组织，比如癌细胞。

2018年：进化革命

阿诺德（Frances H. Arnold）、史密斯（George P. Smith）和温特尔（Gregory P. Winter）三位科学家在实验室中创造出了自然界的进化。诺贝尔化学委员会主席表示：“这些科学家们在试管中应用了达尔文进化论。”如今，他们科研方法被应用于药物领域，比如为糖尿病患者生产胰岛素。

2020年：基因编辑

卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和杜德纳（Jennifer A. Doudna）发现了基因编辑技术中最有力的工具之一：CRISPR /cas9基因剪刀。这一工具能够非常精准地改变动物、植物、和微生物的DNA，从而彻底改变了分子生命科学，为植物育种带来了新机遇，有望催生创新性癌症疗法，并可能使治愈遗传性疾病这一人类梦想美梦成真。

其他奖项颁布时间

据诺贝尔奖委员会官网发布，2021年诺贝尔奖评选结果宣布时间如下：

诺贝尔生理学或医学奖，10月4日，中欧夏令时（CEST）11时30分，北京时间17时30分；

诺贝尔物理学奖，10月5日，中欧夏令时（CEST）11时45分，北京时间17时45分；

诺贝尔化学奖，10月6日，中欧夏令时（CEST）11时45分，北京时间17时45分；

诺贝尔文学奖，10月7日，中欧夏令时（CEST）13时，北京时间19时；

诺贝尔和平奖，10月8日，中欧夏令时（CEST）11时，北京时间17时；

瑞典央行纪念阿尔弗雷德·诺贝尔经济学奖，10月11日，中欧夏令时（CEST）11时45分，北京时间17时45分。

参考资料：

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2021/press-release/

https://www.nobelprize.org/prizes/facts/facts-on-the-nobel-prize-in-chemistry/

https://www.dw.com/zh/%E7%99%BE%E5%B9%B4%E5%9B%9E%E7%9C%B8%E8%AF%BA%E8%B4%9D%E5%B0%94%E5%8C%96%E5%AD%A6%E5%A5%96/g-50724276

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