诺贝尔化学奖解读：他们的巧妙工具构建了分子

左：本亚明·利斯特，1968年出生于德国法兰克福，现为德国马克斯·普朗克煤炭研究所所长。右：戴维·麦克米伦，1968年出生于英国贝尔斯希尔，现为美国普林斯顿大学教授。图片来源：诺贝尔奖委员会官网

北京时间2021年10月6日，诺贝尔奖委员会公布了化学奖的获奖名单，本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦因为在“发展不对称有机催化”方面作出的卓越贡献而获奖。

构建分子是一门困难的艺术。利斯特和麦克米伦开发出一种精确的分子构建新工具——有机催化剂，这一工具对药物研究产生了巨大影响，并使化学学科更加“绿色”。

化学家的“基本工具”

许多研究领域和行业都依赖于化学家构建分子的能力，这些分子可以形成弹性及耐用的材料，或者将能量储存在电池中，或者在医学领域实现抑制疾病发展——以上这些工作都需要催化剂。

催化剂是控制和加速化学反应的物质，但不会成为最终产品的一部分。例如，汽车中的催化剂将废气中的有毒物质转化为无害分子；我们的身体也包含数以千计的酶形式的催化剂，它们可以分解出生命所必需的分子。

因此，催化剂被称为化学家的“基本工具”。但长期以来研究人员认为，原则上只有两种催化剂可用：金属和酶。利斯特和麦克米伦此次被授予2021年诺贝尔化学奖，正是因为他们在2000年独立开发了第三种催化剂——不对称有机催化，建立在有机小分子的基础上。

简单又巧妙 环保又廉价

诺贝尔化学奖委员会主席约翰·阿克维斯特表示：“这个催化概念既简单又巧妙，为什么我们没有早点儿想到它。”

有机催化剂有一个稳定的碳原子框架，活性化学基团可以附着在碳原子上。有机催化剂通常由氧、氮、硫或磷等常见元素组成，这意味着这些催化剂既环保又廉价。

有机催化剂使用范围的迅速扩大，主要是由于它们能够驱动不对称催化。在构建分子时，经常会形成两种不同的分子，就像我们的手一样，它们是彼此的镜像。化学家通常只需要其中一种，尤其是在生产药品时。

自2000年以来，有机催化以惊人的速度发展。利斯特和麦克米伦迄今仍然是该领域的领导者，他们已经证明有机催化剂可用于驱动多种化学反应。

利用这些反应，研究人员现在可以更有效地构建很多东西，从新药物到可在太阳能电池中捕获光的分子。可以说，通过这种方式，有机催化剂正在为人类带来最大的利益。

诺贝尔物理学奖解读：他们揭开复杂系统内隐藏的秘密

左：真锅淑郎，1931年出生于日本新宫，现在为美国普林斯顿大学资深气象学家。中：克劳斯·哈塞尔曼，1931年生于德国汉堡，现为德国马克斯·普朗克气象研究所教授。右：乔治·帕里西，1948年生于意大利罗马，现为意大利罗马大学教授。

所有复杂系统都由许多不同且相互作用的部分组成，物理学家已经对它们展开了几个世纪的研究，但很难用数学方法来描述它们——它们可能包含很多部分，也可能由偶然因素决定。这些复杂系统随机、无序而混沌，比如天气，初始值的微小偏差会导致结果迥然不同。

今年的诺贝尔物理学奖颁给了美国科学家真锅淑郎、德国科学家克劳斯·哈塞尔曼和意大利科学家乔治·帕里西，以表彰他们为我们理解复杂物理系统所作出的开创性贡献。

其中一半奖金授予真锅淑郎和哈塞尔曼，以表彰他们“为地球的气候进行物理建模，量化其可变性并可靠地预测全球变暖”；另外一半奖金授予帕里西，以表彰他“发现从原子到行星尺度的物理系统内的无序和波动的相互作用”。

这3位科学家迎难而上，创造性地提出了很多描述和预测它们长期行为的新方法，揭示了这些复杂系统背后隐藏的秘密，有助于人们更好地理解此类系统及其长期发展趋势。

揪出全球变暖背后的“真凶”

一个对人类至关重要的复杂系统是地球气候，真锅淑郎揭示了地球大气中二氧化碳含量的增加如何导致地球表面温度升高。

真锅淑郎介绍：“在20世纪60年代初，我们开发了一个大气辐射对流模型，并探索了水蒸气、二氧化碳和臭氧等温室气体在维持和改变大气热结构中的作用，这是科学家们对全球变暖长期研究的开始。随后的20世纪60年代末，我和同事开始开发一个大气—海洋—陆地耦合系统的大气环流模型，该模型最终成为模拟全球变暖的一个非常强大的工具，而我也一直在从事这一方面的研究。”