諾貝爾化學獎——朝“綠色化學”前進一大步

“他們的成果得獎，是化學界認為理所當然的事情。這不僅是因為他們的科研成果本身非常重要，更重要的是這一成果在生產生活領域有著極其廣泛的實際應用，他們的成果推動了有機化學和高分子化學的發展，每天都惠及人類。”中國科學院戴立信院士對今年諾貝爾化學獎得主的獲獎成果作出了這樣的評價。

瑞典皇家科學院10月5日宣佈，將今年的諾貝爾化學獎授予美國加州理工學院的羅伯特·格拉布、麻省理工學院的理查德·施羅克以及法國石油研究所的伊夫·肖萬，以表彰他們在“有機合成的烯烴複分解反應研究方面作出了貢獻。”

瑞典皇家科學院將該成果評價為“重要基礎科學造福於人類、社會和環境的例證”，稱人類如今每天都在化工生產中應用這一成果，主要是在藥物和先進塑膠材料的研發上，“烯烴複分解反應是尋找治療人類主要疾病的藥物的重要武器”。

81歲高齡的戴立信院士介紹說，烯烴複分解反應非常重要，這是因為，化學鍵的斷裂與形成是化學研究領域中最基本的問題，研究碳—碳鍵的斷裂與形成規律是有機化學中需要解決的核心問題之一。

諾貝爾獎評委會介紹說，幾位科學家的獲獎成果是“朝著‘綠色化學’方向前進的一大步”。戴立信解釋說，這主要是因為應用該成果一方面提高了化工生產中的產量和效率，同時減少了副產品；另一方面其副產品主要是乙烯，而乙烯是可以再利用的。

戴立信介紹說，儘管中國在對烯烴複分解反應本身的研究方面與世界水平尚有差距，但是在利用該反應的研究方面則已經取得了諸多成果。戴立信非常高興地介紹說，“格拉布是我們中科院上海有機化學研究所的名譽教授，他曾經多次來華訪問，與我們有著非常良好的學術交流。”

在今年獲獎的三位科學家中，肖萬和施羅克的貢獻主要體現在烯烴複分解反應的基本原理方面，格拉布繼承和發展了他們的成果。戴立信認為，將諾貝爾化學獎同時授予三人，“體現了諾貝爾獎評選的原則，就是記住那些在基礎研究方面作出巨大貢獻的科學家。”

早期的諾貝爾化學獎，對現在的我們最直接的貢獻，恐怕就是支撐起了厚厚的教科書：

1901 年範德霍夫：化學平衡理論1903 年阿累尼烏斯：電離理論1908 年盧瑟福：提出了新的原子模型，發現了放射性物質1909 年奧斯特瓦爾德：奠定了催化理論和反應動力學理論1912 年格林尼亞：發現格式試劑，大學有機化學中的必學反應1920 年能斯特：奠定了化學熱力學的基礎。電化學裡面著名的能斯特方程就是他1932 年朗格繆爾：表面化學奠基人1936 年德拜：對分子結構進行了深入的研究。現在分子偶極矩的單位就是德拜1950 年狄爾斯和阿爾德：也是有機化學中的必學反應——狄爾斯-阿爾德反應1953 年施陶丁格：正確指出了高分子的長鏈結構，開創了高分子化學1954 年鮑林：雜化軌道理論。中學化學就開始學，sp, sp2, sp3 等等1956 年欣謝爾伍德和謝苗諾夫：揭示了化學反應的機理1966 年羅伯特·馬利肯：創立了分子軌道理論1974 年保羅·弗洛裡：系統創立了高分子化學的理論基礎。正確給出了多個單體的競爭聚合動力學模型，提出弗洛裡—哈金斯溶液理論和弗洛里約定（對高分子中原子位置向量的約定記號），並把排除體積的概念引入高分子。1976 年利普斯科姆：他對硼烷的系統研究挑戰了傳統的化學鍵理論，並在此基礎上發展了現代理論化學1977 年普利高津：他深入研究了非平衡態，尤其是耗散結構中的熱力學。普里高津的研究對社會科學甚至哲學都產生過較大的影響1981 年福井謙一和霍夫曼：他們創立了前線軌道理論（HOMO-LUMO），成為解釋化學反應機理的基本理論框架……

除了創立學科，作出理論貢獻之外，化學對社會直接的貢獻也是非常巨大的。因為化學學科一個重大的使命就是不斷髮現、創造新的物質和材料。

直接創造出新物質的化學獎，有著名的齊格勒和納塔——他們因為發明了齊格勒-納塔催化劑獲得1963 年的化學獎。這個催化劑為什麼厲害呢？因為有了它，我們才能合成出高度結晶化的聚乙烯、聚丙烯等塑膠。我們現在用的耐微波爐餐盒、耐高溫塑膠水杯，全部都是用的聚丙烯。玻璃、陶瓷器皿易碎，金屬器皿太重。沒有齊格勒和納塔，我們就無法在旅途中輕便地攜帶食物和水。

有機全合成的大師伍德沃德獲得了 1965 年的化學獎。他的頒獎詞裡甚至沒有具體的成果，而是稱讚他「在有機合成藝術中做出的卓越貢獻」。被伍德沃德拿下的天然有機物包括膽甾醇、皮質酮、馬錢子鹼、利血平、葉綠素、維生素 B12 等等，其中很多都是重要的藥物。他不光是依靠自己和自己的團隊攻克一個個天然有機物的合成，而且他的全合成思路為全世界的有機化學家拓展了思路。沒有伍德沃德的天才貢獻，可能到現在，我們都無法獲得消費得起的維生素、抗生素和降壓藥。

1947 年的化學獎給了羅伯特·羅賓遜。他系統研究了生物鹼的結構，搞清楚了嗎啡和青黴素的化學結構，並且發明了合成甾類化合物的羅賓遜成環法。這成為全合成甾體藥物的關鍵步驟。很多激素類的消炎藥就是甾體藥物。

2010 年的化學獎給了赫克、根岸英一和鈴木章。他們共同發展了鈀催化的偶聯反應。這是有機合成中形成新的碳-碳鍵的重要方法。這個領域現在仍然是有機合成中非常活躍的方向。有效的偶聯反應是合成新化合物的重要工具。

好幾年的諾貝爾化學獎都頒給了農業相關的研究成果。

其中最重要的就是人工合成化肥。1918 年的化學獎頒給了弗裡茨·哈伯。這位普魯士化學家首次利用化學方法，用氮氣和氫氣合成了氨氣——這使得人類終於能夠工業化地大規模把空氣中的氮固定下來，變成氮肥。氮是植物生長必須的養分。工業生產的氮肥是開展大規模農業生產的基礎保障。他的合作者博施也得到了 1931 年的化學獎。不過，儘管哈伯發明了催化合成氨的方法，這個反應的機理卻要在幾十年之後才由埃特爾闡明。埃特爾拿了 2007 年的化學獎。

1907 年的化學獎頒給了德國化學家畢希納。他發現即使沒有活細胞，酵母的提取物也能夠把糖發酵成酒精。1929 年，諾獎頒給了英國化學家哈登和瑞典化學家切爾平。他們倆發現了糧食發酵中的關鍵：發酵酶。

1945 年的化學獎頒給了芬蘭化學家維爾塔寧。他發明了青貯飼料的製備方法，解決了全球家畜冬季飼料短缺的難題。他的貢獻保證了我們天天有肉吃，天天有奶喝。

還有一系列的諾貝爾化學獎頒給了重要的化學儀器和分析技術的發明者。精密的化學分析是化學成為現代科學的重要支柱。沒有了定量的化學分析手段，僅靠描述是不能稱之為科學的。

1922 年化學獎給了阿斯頓。他是質譜儀奠基人之一，和他的老師 J.J.湯姆遜一起發現了同位素，並且精確測量了多種元素同位素的質量。質譜儀是現在應用最廣泛的標準化學分析手段之一，它能夠精確測量分子的質量，並且輔助判斷分子結構。在學術研究中，質譜儀常用來研究新的化學物質；而在工業中，質譜儀和氣相或液相色譜連用，成為分析未知樣品化學成分的標準手段。甚至在發往外太空的探測器中，質譜儀也常常是標配，用於檢測太陽系其他天體的大氣以及土壤中的化學成分。

1943 年的化學獎給了德海韋西。他發展了 X 射線熒光光譜技術，並首次將放射性同位素用於跟蹤生物體內的化學過程。這開創了同位素標記示蹤法。這項技術經過發展，現在被廣泛應用於各學科之中。1960 年的化學獎給了利比，他將碳-14 斷代法廣泛應用於地球科學和考古學中。沒有這些技術，我們就無從知曉地球上岩石的年齡，也就間接地沒辦法判斷出地球所經歷的地質年代。同樣，我們也就少了一個判斷出土的化石、文物年齡的方法。在醫學上，放射性同位素也用於追蹤一些重要的生化過程。比如現在體檢檢查幽門螺桿菌感染的碳-14 法，就是利用幽門螺桿菌對尿素超常的分解能力。測試者服用碳-14 標記的尿素後吹氣，如果撥出氣體中有較高含量的碳-14 標記的二氧化碳，就說明可能感染了幽門羅桿菌。

1948 年的化學獎給了蒂塞利烏斯。他發展了電泳等一系列生化分析的方法，並藉此搞清楚了血清蛋白的結構。電泳現在成為生物化學研究的基本分析方法。

1952 年的化學獎化學獎給了馬丁和辛格。他們發明了分配色譜法，為傳統的色譜分析法帶來了新生命。基於分配色譜法的原理，人們把色譜分析玩出了很多新花樣。其中最為重要的可能要數薄膜層析和氣相色譜。薄膜層析法俗稱「點板」，讓樣品在一塊塗了矽膠的玻璃薄板上進行層析分離。它的特點是快，方便，因此成為有機實驗室中快速檢查樣品成分和純度的手段。「點板」和傳統的柱層析（俗稱「過柱子」）是有機化學家的日常必備操作。氣相色譜的出現使得分析氣體樣品成為可能，極大拓展了色譜分析法的檢測能力。

1959 年的化學獎給了海羅夫斯基。他發明了極譜分析法。這和伏安法同為電化學中的基本分析方法。

1971 年的化學獎給了赫茨伯格。他極大地發展了分子光譜技術，並探明瞭諸多分子、尤其是自由基的結構。赫茨伯格的光譜技術幫助物理化學家深入研究分子的結構和成鍵，尤其是那些通常條件下不穩定的分子。因此，人們有能力更清楚的瞭解化學反應的微觀機理，並在實際應用中解釋許多大氣化學和天體物理學的現象。

1985 年的化學獎給了豪普特曼和卡爾。他們發展了 X-射線衍射技術，奠定了解析 X-射線衍射光譜的數學基礎。這項技術是解析晶體結構的關鍵技術。

1986 年的化學獎給了赫施巴赫、李遠哲和波拉尼。他們發展了研究反應動力學的關鍵技術：交叉分子束技術和紅外化學發光技術。這些實驗技術為直接觀測化學反應的基本過程提供了基本方法。把交叉分子束技術和分子光譜技術結合起來，我們就有能力搞清楚許多化學反應發生的細節。這對於研究大氣化學、天體化學以及化學反應理論都至關重要。

1991 年的化學獎給了恩斯特。他的貢獻在高分辨核磁共振光譜技術。核磁共振是有機化學中判斷化合物結構的最最基礎的方法。所有新合成的有機物，都需要依靠核磁共振光譜來判斷結構。沒有了核磁共振，有機化學家可以說就變成了瞎子。

1993 年的化學獎一半給了穆利斯。他發明了大名鼎鼎的聚合酶鏈式反應（PCR）技術。PCR 技術是低成本複製 DNA 序列的方法。PCR 是現代生物實驗室的必備技術。沒有 PCR，我們將很難完成人類基因組的測序工作。我們現在能夠以合理的價格享受到各種基因檢測服務，比如親子鑑定、遺傳病診斷、以及未來可能會火的精準醫療，都需要仰仗 PCR。

1999 年的化學獎給了齊威爾。他是飛秒化學的代表人物。飛秒鐳射開創了超快光譜學，可以直接觀測到化學反應過程中的反應中間體。超快光譜學成為研究化學反應機理的新武器。

2008 年的化學獎給了下村修、沙爾菲和錢永健。他們搞出了一種能發出綠光的熒光蛋白。這種蛋白可以用來標記生物活體內的指定部位，使得生物化學家能夠透過熒光直接觀測到活體細胞內的結構。這就好比是生物化學中的同位素示蹤法。不過，熒光蛋白非常貴就是了，只有土豪才能買得起。

2014 年的化學獎給了白茲格、赫爾和莫爾納爾。他們共同發明了超解析度熒光顯微技術。這時候知乎已經比較壯大了，有很詳細的科普，我就不畫蛇添足了。

最近的 2017 年，化學獎給了迪波什、弗蘭克和亨德森。他們發明的是冷凍電鏡技術。這是結構生物學（也就是施一公）探測蛋白質結構的強大工具。