獲得 2016 年諾貝爾化學獎的三位化學家在分子機器設計和合成方面的貢獻有哪些？

01-07

據諾貝爾獎官網最新消息，讓-皮埃爾·索維奇(Jean-Pierre Sauvage)，J·弗雷澤·斯托達特(J. Fraser Stoddart)和伯納德·L·費林加三位科學家因「設計和合成分子機器」獲得2016年諾貝爾化學獎。

糾正：並不是發給的三位超分子化學家！Sauvage和Stoddart算超分子化學家，而Feringa是有機化學家，他的組一半做催化，另一半做分子機器，而且都是小分子，用傳統有機合成。

以下內容來自我的專欄文章[乾貨] 2016年諾貝爾化學獎 - 分子機器究竟是什麼？ - 化學札記 - 知乎專欄

在上個世紀八十年代中左右，Sauvage最早提出了金屬離子配位的模板合成，將索烴（最簡單的索烴是指兩個分子大環套在一起的結構）的合成效率大大提高，並且研究了索烴中一個環繞著另一個環旋轉的現象。Stoddart於90年代初用給受體的模板合成了輪烷（一根兩頭大中間細的軸上套著個環）, 並研究了環沿著軸來回運動的現象。

（上圖所示的是Stoddart 1991年發表的「分子梭」，藍色的大環可以沿著軸在兩個紅色的苯環上來回隨機運動，速度在室溫下超過了1000次/秒）

而Feringa的工作相對獨立的自成一系，我在之前的回答(在你的研究領域，你了解的最有趣的分子（molecule）是什麼，為什麼？ - 成楚暘的回答)里已經介紹過了。

Feringa精心設計了一個大位阻烯，光照下發生雙鍵順反異構，得到一個不穩定的異構體，在有熱的情況下會自發異構化為穩定異構體，再進行一次光照順反異構和熱弛豫，即可完成一次單向的360度旋轉。這是最早的在能量輸入下可重複單向旋轉的分子馬達，發表於1999年。

作者：成楚暘

鏈接：[乾貨] 2016年諾貝爾化學獎 - 分子機器究竟是什麼？ - 化學札記 - 知乎專欄

來源：知乎

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幾年前剛讀博時接觸過這方面的一些論文，後來關注比較少了，不知道這幾年有什麼突破性的進展（從官網上的信息來看，好像原理上還是當年那些東西）。而且官網上有這樣一句話，

「2016"s Nobel Laureates in Chemistry have taken molecular systems out of equilibrium"s stalemate and into energy-filled states in which their movements can be controlled」

感覺「out of equilibrium"s stalemate」這種評價有些誇張了，至少就我當年看到的那些工作，還是通過操控化學平衡移動（酸鹼平衡、氧化還原平衡等）來實現分子（超分子）構型、構象上的變化的。

就其基本原理而言，依然是通過調節初始條件（高自由能態），讓體系沿預定的路徑（自由能下降）演化至預定的終點（低自由能態）。事實上，幾乎所有的化學合成都是基於這一原理，似乎並沒有什麼創新性。

官網上將分子馬達與電動馬達進行類比，並預言其應用前景。但就目前而言，該領域似乎還停留在「化學人玩藝術」的階段，離真正產生實用價值似乎還比較遠。（個人能想到的最接近的，可能是模擬生物體系里一些微觀的機械過程）

開頭說了，最近幾年沒怎麼關注這方面，也許有突破性的進展（哪怕僅僅是認識上）。知識儲備不健全，胡亂答一記，想必多有謬誤之處，和大家一起多學習。