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2016年诺贝尔化学奖:分子机器的合成和设计 精选

已有 14740 次阅读 2016-10-5 17:52 |个人分类:生活点滴|系统分类:海外观察

2016 Nobel Prize in Chemistry

The Nobel Prize in Chemistry 2016 was awarded jointly to Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart and Bernard L. Feringa "for the design and synthesis of molecular machines".


因为在分子机器的设计和制作方面的突出贡献。2016年诺贝尔化学奖授予Jean-Pierre Sauvage-皮埃尔·索维奇, Sir J. FraserStoddart弗雷泽·斯托达特Bernard L. Feringa伯纳德·L·费林加)三位科学家,每人分1/3。

人类发明机器是人类历史不可分割的一部分。机器能帮助我们执行各种人类自己无法完成的任务,几千年来,随着人类需求的不断增加,人们开发出各种各样的机器。随着机器性能的提高,人类的生活质量也不断提高。工业革命使人类发明机器的速度进一步加速,并对世界产生了革命性影响。

  今天,我们正处于一个新巨大革命时代的前夜,人类一直努力在机器的微型方向发展,机器小型化的极限目标是制作出分子机器,分子机器研究领域也一直是科学家努力的方向。虽然现在的分子机器仍然属于婴儿时期,实际应用仍然需要假以时日,但是今年的化学诺贝尔奖获得者给我们制造分子机器奠定了坚实基础,使人类制造和设计分子机器成为现实。

分子机器定义为“能在适当的外部刺激(输入)下执行机器动作结果(输出)的不同数量分子组装的组件设计。”另外,分子机器需要消耗能量,可被合适能量供应驱动。1965物理学诺贝尔奖获得者理查德·菲利普斯·费曼在许多领域都有突出贡献,其中一个就是提出分子机器的概念。1959年在美国物理学会年会上,他发表了一个有远见的讲话。他提出制造原子机器和分子汽车的概念,后来他对一个微型分子齿轮装置进行了讨论。这些概念成为后人研究分子机器的灵感源泉。

法国Jean-PierreSauvage教授,1944年出生于法国巴黎。1971年从法国斯特拉斯堡大学获得博士学位。目前为法国斯特拉斯堡大学荣誉退休教授,及法国国家科研中心名誉研究主任。

美国西北大学SirJ. Fraser Stoddart教授,1942年出生于英国爱丁堡。1966年从爱丁堡大学获得博士学位。目前为美国西北大学化学教授。

荷兰BernardL. Feringa教授,1951年出生于荷兰Barger-Compascuum。1978年从荷兰格罗宁根大学获得博士学位。目前为荷兰格罗宁根大学有机化学教授。

他们已经开发出运动可控分子,给这些这些分子机器补充能量能推动分子执行任务。

计算的发展说明小型化技术会导致一场革命。2016年诺贝尔化学奖获得者从事的小型机器,让化学进入到一个的新维度。

  1983年,Jean-Pierre Sauvage最早向分子机器成功迈出第一步。他成功地连接两个环形分子成一个链,这种分子称为索烃。通常情况下,原子需要通过很强的共价键形成分子,共价键是原子共享电子的作用。但是共价键会限制原子的活动,他制作的分子是用比较弱但比较灵活的机械键。作为分子机器,各个部分之间必须能相对移动,两个环形分子之间的索满足了分子机器的需要。可以理解为人的肢体运动需要关节,Jean-Pierre Sauvage最早给分子制作出关节。

制作分子机器的第二步是1991年Sir J. Fraser Stoddart完成的,他发明了一种轮烷。他使用一个分子环缠绕到一个轴状分子上,并证明环形分子能够沿着轴移动。在轮烷基础上,进一步开发出分子梯、分子肌肉和分子芯片。

1999年,Bernard L. Feringa最早开发出分子马达。他得到了一个分子叶片能朝着相同的方向不断旋转,使用这个分子马达,他让10000倍的玻璃管旋转,设计了一个纳米汽车。



2016年诺贝尔奖
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