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追尋化學催化與合成之路——第71屆林道諾獎獲得者會議側記

來源:科技日報   記者?李山   2022-07-04
導讀:6月26日至7月1日,第71屆林道諾貝爾獎獲得者會議在德國南部城市林道召開,約30名諾貝爾獎獲得者和來自90個國家的近500名年輕學者參會??萍既請笥浾邞诰€參會。本屆會議圍繞化學的主題,聚焦催化與合成,尤其是有機催化。其他主題還包括新的功能分子及使用人工智能的設計和結構預測等。


第71屆林道諾貝爾獎獲得者會議現(xiàn)場。 圖片來源:主辦方供圖

與諾獎獲得者交流很有裨益

在2020年和2021年的兩次在線會議之后,2022年的林道諾貝爾獎獲得者會議終于回歸線下,從全球90個國家遴選出來的年輕科學家與諾獎獲得者進行面對面的交流,或將對他們未來的科研道路產生十分重要的影響。

林道諾貝爾獎獲得者會議董事會主席貝蒂娜·貝納多特伯爵夫人在會議開幕式上說:“隨著第71屆會議的召開,我們再次在博登湖為下一代國際頂尖研究人員提供一個獨特的機會:從許多諾貝爾獎獲得者的生活經驗中直接受益,同時在全球范圍內為他們自己的未來建立網絡?!?/span>

出席會議開幕式的德國聯(lián)邦教研部部長貝蒂娜·施塔克-瓦青格在演講中強調了德國在全球科學領域發(fā)揮的重要作用。在過去兩年中,德國研究人員因在物理和化學方面的發(fā)現(xiàn)獲得3次諾貝爾獎。施塔克-瓦青格表示:“頂尖研究在全球網絡中蓬勃發(fā)展。當來自不同國家的科學家的觀點和見解匯聚在一起時,就可找到應對全球挑戰(zhàn)的良好解決方案。作為國際論壇,在林道舉行的諾貝爾獎獲得者會議為此作出了獨特的貢獻。不僅國家之間的重要橋梁得以建立,跨代的網絡也在這里建立。”

催化中的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)之路

會議開幕當天,2021年諾貝爾化學獎獲得者之一,美國普林斯頓大學戴維·麥克米倫教授作了題為《催化中的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)之路》的主旨演講。由于開發(fā)出有機不對稱催化,麥克米倫與德國的本亞明·利斯特教授共同獲得2021年的諾貝爾化學獎。麥克米倫首創(chuàng)了“有機催化”一詞,并提出一種全新的有機催化機理——亞胺活化。他的報告緊緊圍繞有機催化和光氧化還原催化展開。

麥克米倫簡要介紹了為什么有機催化劑在現(xiàn)代合成化學中得到廣泛探索,然后詳細闡述了復雜催化系統(tǒng)的反應通用性與機理研究的關系。他的研究團隊新開發(fā)了一種添加劑映射方法,可快速擴展合成方法的實用性。利用高通量實驗和構效關系研究對具有挑戰(zhàn)性和底物受限反應中的添加劑進行篩選評估,找到最優(yōu)添加劑以拓展底物范圍,并基于篩選數(shù)據(jù)進一步深化對反應機理的理解。作為應用驗證,麥克米倫將該方法用于金屬光氧化還原脫羧芳基化反應,發(fā)現(xiàn)鄰苯二甲酰亞胺配體作為添加劑能夠克服許多先前未解決的局限性,并對鎳催化交叉偶聯(lián)反應的機理研究具有重要的意義。

最后,麥克米倫重點介紹了一種形成碳碳鍵的全新方法來構建更好的分子。他們從簡單易得的氧化還原活性酯和烷基溴化物出發(fā),通過鐵卟啉捕獲烷基自由基,經雙分子均裂取代機制和光氧化還原協(xié)同催化實現(xiàn)了仿生sp3-sp3交叉偶聯(lián),成功地構建了一系列季碳sp3-碳中心。該方法不僅進一步完善了碳碳鍵偶聯(lián)策略,而且為復雜分子的設計和合成提供了新策略。這種通用的“交叉耦合”方法對制藥行業(yè)有著廣泛的影響。通過這一過程構建分子的三維結構提供了與藥物靶點的精確匹配。

選擇重要難題才會與眾不同

圍繞設計和合成分子機器,2016年諾貝爾化學獎獲得者之一、荷蘭格羅寧根大學伯納德·費林加教授作了題為《發(fā)現(xiàn)的喜悅》的報告。費林加合成出世界首個人工分子馬達,通過結構工程實現(xiàn)對分子馬達轉動參數(shù)的精準調控,并發(fā)展出一系列基于分子馬達的智能分子材料,將“蒸汽機時代”帶入到分子維度。他構建的全人工合成的納米分子車,能夠在金表面實現(xiàn)精確的制導運動,使得宏觀機器概念在微觀世界得以實現(xiàn),成為化學學科發(fā)展史上的一個里程碑。同時,他將“光開關”的概念引入到分子信息存儲、液晶材料、手性控制、生物大分子等領域,推動了相關交叉領域的發(fā)展。

費林加在演講中重點介紹了他關于分子開關和分子馬達的發(fā)現(xiàn)之旅。費林加強調,探索當前化學科學的前沿,有廣闊的未知領域可以體驗發(fā)現(xiàn)的樂趣。合成化學的創(chuàng)造力遠遠超出大自然的設計,為實現(xiàn)人類自己的分子世界提供了無限的機會。在過去的幾十年里,化學家們在建造小型藝術(分子層面)的實踐中取得了驚人的成功。未來從分子到動態(tài)分子系統(tǒng)的基本挑戰(zhàn)就是如何控制和利用納米尺度的運動。

在報告中費林加深情回憶了自己的恩師漢斯·溫伯格教授,并復述了溫伯格的名言:“我希望每一個孩子在他的一生中都有一個能讓他與眾不同的好老師?!辟M林加說,溫伯格教授經常激勵他去做別人沒有做過的事情。當費林加成功合成自己的第一個分子時,盡管沒有任何用處,溫伯格教授仍然鼓勵他說,這是全世界都沒有人做過的事。這句話讓費林加很驕傲,他十分感慨地說:“老師打開窗戶,與年輕人才共塑我們的未來?!辟M林加認為,年輕人可通過很多方式發(fā)現(xiàn)自己的才華,例如追隨夢想、自信、熱情、發(fā)現(xiàn)自己的極限等。他給現(xiàn)場的年輕學者一個忠告:選擇重要的難題,這才會與眾不同。


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