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作者:李山 来源:科技日报 发布时间:2021/10/9 12:33:47
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诺贝尔化学奖得主李斯特的开挂人生

 

科技日报驻德国记者 李山 

9月6日,德国马克斯普朗克煤炭研究所所长本杰明·李斯特(Benjamin List )教授与美国科学家麦克米伦一起荣获了2021 年诺贝尔化学奖。出身研究世家的李斯特有着开挂一般的人生经历,博士论文完成了“几乎不可能完成的任务”;成为助理教授后首个独立自主的实验便开创了一个新的研究领域;而全家在泰国海啸中幸免遇难更是让他深悟人生中什么才是最重要的。

令人难以置信的时刻

当接到诺贝尔奖委员会的通知电话时,在阿姆斯特丹度假的李斯特和妻子正坐在一家咖啡馆里。前一天晚上他们在音乐厅听了古斯塔夫·马勒的第五交响曲。李斯特说:“当我们正要点餐时,我在显示屏上看到来电显示是瑞典的区号。我和妻子相视一笑并开玩笑地说:‘(诺奖)电话来了’——这是个笑话。但后来确实是(诺奖的)电话。这是一个令人难以置信的时刻。”

诺贝尔奖评委会在颁奖词中表示:“建造分子是一门艰难的艺术。李斯特和麦克米伦因开发一种精确的分子构建新工具——有机催化而获奖。这对药物研究产生了巨大影响,使化学更加环保。”李斯特共同创立了有机催化领域,并在其中开发出新的催化概念。他发现天然氨基酸中的脯氨酸可以作为一种有效的催化剂,从而使有机催化成为可能。它们的优点是不需要昂贵的金属化合物,这些金属化合物通常对健康和环境有害。它们有助于实现更可持续和资源效率更高的化学,因为几乎80% 的化学产品都是在催化剂的帮助下制造的。

德国马克斯·普朗克科学促进学会主席马丁·施特拉特曼教授说:“我很高兴诺贝尔化学奖今天颁给本杰明·李斯特。他开启了催化研究的新篇章,具有巨大的应用潜力。他第一次成功开发出具有高立体选择性的有机催化剂——这是很少有的突破。”德国国家科学院院长杰拉尔德·豪格教授说:“今年,诺贝尔化学奖表彰了不对称有机催化领域的开创性科学发现,这些发现在药物制造等方面发挥着重要作用。我更高兴的是利奥波第那科学院的成员因其研究成就而受到表彰”。

以为化学能回答一切

本杰明·李斯特1968年1月出生于德国法兰克福一个富裕的家庭。科学研究的基因或许早就植根于这个家庭中。李斯特的曾曾祖父雅各布·福尔哈德(1834-1910) 是著名的化学家,发现了Volhard–Erdmann环化反应。曾祖父弗朗茨·沃尔哈德以肾病学家的身份而闻名。而获得了1995 年的诺贝尔奖的发育生物学家克里斯蒂安·纽斯莱因-沃尔哈德是李斯特的姨妈。李斯特回忆称,当母亲的兄弟姐妹在圣诞节聚在一起时,经常在家里演奏巴赫的《勃兰登堡协奏曲》。

李斯特三岁时父母离异。他的母亲是一名全职建筑师,没有太多的时间来照顾他和两个兄弟。学生时代的李斯特痴迷于哲学问题,例如世界是由什么构成的?人是由什么构成的?他曾天真地以为化学能回答这些问题。高中毕业后,他没有马上申请大学,而是和两个朋友去印度旅行了三个月。后来在母亲的敦促下,才决定到柏林学习化学。选择柏林的原因很简单,有个表兄住在那里。李斯特还记得当时打电话问讯的情景。对方问需要柏林什么大学的号码,李斯特回答说:“随便选一个!”他就这样上了柏林自由大学。 

挑战合成维生素B12

1993年在柏林自由大学获得硕士学位后,李斯特跟随导师约翰·穆尔泽教授一起来到法兰克福大学,并于1997年完成了他的博士学位,其博士论文的主题是“维生素B12的合成”。李斯特为自己设定了这个雄心勃勃的目标。而穆尔泽教授尽管深知其难度,但却没有阻止他,只要求李斯特实现一半的目标就足够了。

维生素B12于1972 年首次被合成,由苏黎世联邦理工学院的阿尔伯特·艾申莫瑟和哈佛大学的罗伯特·伍德沃德联合完成,超过100名博士生和博士后为此工作了十年。而李斯特想靠自己一个人来实现,他的目标是让分子合成更完美,步骤更少。李斯特最终实现了所有的目标,完成了“几乎不可能完成的任务”,取得了“最优秀的成绩”。这是李斯特科学生涯的第一步,并为进一步的职业生涯奠定了坚实的基础。

探索自己的研究领域

1997年到1998年,在洪堡基金会的资助下,习惯于自己做决定的李斯特坚持己见,来到了美国加州拉霍亚的斯克里普斯研究所做博士后。当时该研究所有一批世界著名的化学家正在研究抗体酶的催化作用,其中包括2001年荣获诺贝尔化学奖的卡尔·巴里·夏普莱斯。李斯特一头扎进了生物催化剂的研究中。李斯特后来回忆称:“那是一段欣喜若狂的时光。在不到两年的时间里,我在知名期刊上发表了17篇文章。”

1999年,新婚燕尔的李斯特双喜临门,得到了斯克里普斯研究所的助理教授职位。他带着两名员工开始了在自己研究领域的探索。李斯特想设计充当催化剂的有机小分子。这是一个新领域,此前没有人想到这个概念。常见的经过工业验证的催化剂主要基于过渡金属,如钯、镍或钛。它们价格昂贵,大多有毒,必须以高昂的代价再次分离和回收。酶能加快化学反应的速度。但是有机化学家几乎没有想到有机分子可以用来做什么。

从已知的抗体类似物,李斯特已经知道酶在活性中心有一个氨基和一个酸残基。氨基酸的列表在他脑海中闪过。大学时曾学习过由脯胺酸催化的不对称羟醛反应。于是李斯特想到,如果脯氨酸以类似于酶的机制起作用,那么它是否也能催化其他反应呢?当时的李斯特其实并不是很确定,内心在犹豫,“也许这是一个非常愚蠢的想法。其他人可能已经尝试过了,也知道为什么它不起作用。”

但最后李斯特还是拿一个玻璃烧瓶,加入一点脯氨酸和两种反应物,让所有东西在室温下搅拌过夜。这是他的第一次独立实验。第二天,李斯特惊喜地发现原材料完全转化,实验证实了他的猜想。在类似的反应中,不久之后对映体过量几乎达到了100%。2000 年,李斯特将他的研究成果发表在《美国化学会杂志》上,很快引起业界轰动。有机催化剂的研究热浪滚滚而来。美国、日本、中国和欧洲的相关研究团队短时间内增长到了数百个,大家争先恐后地用脯氨酸或类似的有机催化剂催化他们的反应,并发表相关的文章。每个人都想成为研发中的一部分。而李斯特开创性的论文很快被引用超过2200次。

深悟人生最重要的事

成功的喜悦之后,李斯特回到了自己助理教授的现实中,继续努力从美国国立卫生研究院 (NIH) 等机构筹集研究资金。2002年底,位于米尔海姆的马克斯•普朗克研究所有机金属化学系主任阿洛伊斯·菲尔斯特纳到斯克里普斯研究所做演讲。当他得知有机催化的开创者之一李斯特还没有一个固定职位时,十分之惊讶,积极劝说李斯特回德国,并愿意为之引荐。一周后,李斯特飞往米尔海姆。他在马克斯•普朗克煤炭研究所获得了一个永久职位。2005年,他成为了煤炭研究所所长和马克斯•普朗克科学促进学会的董事。 

在米尔海姆,李斯特迅速发展成为“有机催化”领域国际知名的化学家之一,发表SCI论文400多篇,在业界同行内有着崇高的声望。他的研究兴趣集中于有机催化与合成,他是不对称有机催化领域的开创者之一,发展了一种新型不对称催化模式:手性抗衡阴离子导向的不对称催化(ACDC)。这意味着在无金属小分子的帮助下加速化学反应的过程,并将它们选择性地引导到某些方向。这种方法近年来迅速发展,已经发挥着重要作用,例如使药物的制造更加环保。而以这种方式获得的知识也提供了关于某些对生命起源很重要的分子最初是如何形成的线索。

从2000年开始,李斯特荣获了包括莱布尼茨奖在内的数十个奖项,2021年的诺贝尔化学奖在这长长的列表上添加了最重要的一项。李斯特是一个快乐、开放的人。2004年李斯特一家四口在泰国遭遇海啸,尽管被卷入水中受了重伤,他仍然奇迹般幸免遇难,失散的孩子也在医院重逢,这使他深悟什么才是真正重要的。他坚持内心的自由,不受阻碍地走自己的路。他还会在办公室练习瑜伽,轻松、积极的魅力营造创造性的工作氛围。他的名言之一:“创造力不是源于专注和紧张。只有当你放松时,你的思想才能流动。” 

 
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