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    2022-10-31
    Sharpless教授两次获得诺贝尔化学奖叙事:从手性化学到点击化学
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    1 2022年诺贝尔化学奖获得者

    值得一提的是这已经是Sharpless第二次获得诺贝尔化学奖史上得两次诺贝尔奖的科学家共有5位,Madame Curie1903年物理1911年化学)、John Bardeen1908年物理1991年物理)、Linus Carl Pauling1954年化学1962年和平)、Pauling是唯一一位单人拿过两次诺贝尔奖的科学家(张绪穆教授1982-1985在中科院福建物构所攻读硕士学位,导师是卢嘉锡院士,卢嘉锡院士曾任中国科学院院长,是诺奖得主Linus Pauling的博士后,图3),在Sharpless之前,Frederick Sanger是唯一一位两次诺贝尔化学的科学家(分1958年和1980年获得诺贝尔化学奖)。美国科学家Sharpless第五位两诺贝尔奖的科学家,同时也是第二位两次获得诺贝尔化学奖的科学家

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    2 2001年诺贝尔化学奖获得者

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    张绪穆、卢嘉锡和Linus Pauling的合照(从左到右)

    21年前,由于其在不对称催化氧化领域的开创性贡献,Sharpless与美国科学家Willian Knowles和日本科学家Noyori分享了2001年诺贝尔化学奖(Sharpless教授分享一半奖金,另外两位分享另一半奖金)。Sharpless2001年的获奖领域为手性化学(图3),Sharpless开发的不对称环氧化反应已经成为一个经典的人名反应(图4),此外Sharpless教授还开发了不对称双羟化、不对称胺基羟基化反应,为手性化学的发展做出了重要的贡献。

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    手性的基本概念示意图

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    Sharpless不对称环氧化反应

    Sharpless教授于1941428日出生于美国费城,1959年进入达特茅斯学院修读大学课程,1968年于斯坦福大学获得博士学位,随后在斯坦福大学(导师为J. P. Collman教授,同期Robert Grubbs也在Collman组做博士后)和哈佛大学从事博士后研究。Sharpless教授曾在麻省理工学院和斯坦福大学担任教授,1990年开始转到斯克里普斯研究所(The Scripps Research InstituteTSRI)担任W. M. Keck讲座教授。Sharpless在催化不对称环氧化的工作获得诺奖时已经年满60岁,张绪穆和Collman教授受邀参加了他在圣地哥举办的60岁生日,Sharpless教授并没有止步于其在手性化学领域的成就,很快就开启了一个新的方向并进入生物领域,在短短20年时间,又开辟了一个全新的研究领域,这是科学创新的典范。

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    张绪穆与Collman教授的合影(1992年毕业典礼)

    南方科技大学化学系张绪穆教授1992年博士毕业于斯坦福大学,导师是Collman教授(图6),博士毕业后在Collman组做了两年博士后,19942006年任教于美国宾夕法尼亚州州立大学,1999年拿到终身教授职位后(19992000年),先后在Grubbs实验室和夏普莱斯实验室进行学术休假(sabbatical leave),与SharplessGrubbs建立了深厚的友谊,也见证了Click Chemistry的发现过程。Sharpless教授在20032006年受聘担任张绪穆创建的凯瑞斯德(Chiral Quest)公司科学顾问团团长(Chairman of Scientific Advisor Board)(图7

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    AllanSharpless和张绪穆教授合照(从左到右)

    目前为止,Collman教授课题组已经有两位成员荣获诺贝尔化学奖,另一位是2005年因为烯烃复分解反应获得诺贝尔化学奖的Robert GrubbsGrubbs教授是中国科学院外籍院士,201511月,应南方科技大学创系系主任张绪穆教授邀请,Grubbs教授受聘化学系学术顾问委员会主席,并筹划在南科大建立Grubbs Institute,格拉布斯教授是深圳格拉布斯研究院的荣誉院长(图8)。为中国高校与世界顶级科学家交流建立了良好的范例。张绪穆教授因此获得深圳市2016时代深士”的称号(图9)。 

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    Grubbs教授到访深圳

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    9 2016年时代深士照片 

    2015629日至30日,应张绪穆的邀请,Sharpless教授参加了由江苏省政府侨办、连云港市政府和美国华人生物医药科技协会(简称CBA)联合举办的2015“江苏国际生物医药创新创业交流合作洽谈会暨美国华人生物医药科技协会第二十届年会”在连云港海州湾会议中心举行,诺贝尔奖化学奖得主Sharpless教授领衔海内外生物医药高层次人才聚首江苏,240多名生物医药专家和学者济济一堂,共同探讨中美生物医药产业联盟梦,张绪穆教授全程作为翻译向大家介绍了Sharpless教授的第一代和第二代Click ChemistrySharpless教授2019年当选中国科学院外籍院士与中国多个科研单位和公司有很多的学术交流与合作(图10)。

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    10 2015Sharpless和张绪穆教授在连云港合照 

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    11 点击化学领域的奠基性论文

    点击化学是由Sharpless1998年初步提出并在其后逐步完善的一个合成概念。它的核心理念是:合成化学要以分子功能为导向,通过小单元的简便拼接,快速可靠地完成各种各样分子的化学合成。Sharpless2001年发表了点击化学的奠基性论文,这篇论文的被引数量已经突破1万,Sharpless称这篇文章为点击化学的“宣言”(图11),这篇论文于20008月提交给德国应用化学杂志,没有一个评审专家认为该篇文章应该被接收发表,经过申诉后杂志的主编Peter G?litz愿意推翻负面评论,20015月,“点击化学:通过几个好的反应实现分子功能”在网上发表。这也是“有时真理掌握在少数人手上”的一个典型案例,该篇文章是目前合成化学领域引用最高的一篇论文。

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    12 第一代点击化学

    “点击化学”的名字就能看出,这种反应就像人们点击鼠标一样迅速和简单,这也正是Sharpless教授一直推崇和追求的“简单和有用的化学”。德国化学家Rolf Huisgen发展的1,3-偶极环加成反应(也常被称作Huisgen反应)是合成五元杂环化合物极其重要的方法,反应起初需要在加热条件下进行,得到的产物是1,4-加成和1,5-加成的混合物。2002SharplessMeldal课题组各自独立报道了Cu(I)催化下改进的Huisgen反应,改进后的反应可以在更温和条件下得到1,4-加成的单一产物,机理上也不再属于真正的协同周环过程,因此更常被称作Copper(I)-catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition (CuAAC),成为“点击反应”的经典代表(图12)。

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    13 第二代点击化学

    2014年, Sharpless的研究团队在《德国应用化学》上报道了一种基于六价硫氟交换(SuFEx)的点击化学反应,这也被称为第二代点击化学 (13)。这是一篇形式非常独特的论文,文章报道了有关磺酰氟系列反应的原创研究成果,但却是以综述(review)的形式发表,而且是一篇带有几百页补充材料的综述 (Angew. Chem. Int. Ed. 201453, 9430–9448)。这种前无古人的独特报道方式能够发表,凸显了作者和期刊编辑对这一研究成果的高度重视。

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    14 Sharpless教授“大道至简”的研究理念

    正如Sharpless教授所讲的那样,点击化学的核心是“KISS Principle”(‘KISS’ stand for Keep it Simple, Stupid.)(图14)。从手性化学到点击化学,Sharpless教授这种“大道至简”的研究理念使得他总能抓住科学问题的核心,做出最简单、最有用的科研成果。


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