从诺贝尔化学奖看化学的百年发展

张武昌 2026年4月19日星期日

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1658-1661年，波义耳提出了元素的定义，1658年波义耳提出元素是那些不能用化学方法再分解的简单物质。化学作为一门学科成立了，化学的任务就是1，  寻找确认元素的种类；2，  （元素组合成的）化合物的种类（元素组成、空间结构）；3，  元素（分子）之间化学反应的过程机理；4，  化合物空间结构；5，  研究方法；6，  生物化学。

  一，元素发现方面的诺贝尔化学奖

化学建立之后出现了元素发现的热潮，其中较为出名的元素发现者有：

卡尔·威尔海姆·舍勒（Carl Wilhelm Scheele，1742年12月19日－1786年5月21日）发现7种元素。

汉弗里·戴维(1778年12月17日-1829年5月29日)（法拉第的老师）发现并确认了九种化学元素。

1808年，电解水和气体化合的倍比定律使得道尔顿提出元素是有相同的原子组成的，不同的元素的差别是他们的原子具有不同的质量，以氢原子的质量为基准，测量了一些原子的相对质量。1869年，门捷列夫根据原子质量排序创建了第一个元素周期表。

1900年，诺贝尔奖设立之后，发现新元素自然而然成为化学奖的重要内容。

1904年：威廉•拉姆齐爵士(英)发现了空气中的稀有气体元素，并确定他们在周期表里的位置。

1908年：欧内斯特•卢瑟福爵士(新西兰)对元素的蜕变以及放射化学的研究。

1911年：玛丽亚•居里(法)发现了镭和钋，提纯镭并研究镭的性质。

1914年：西奥多•理查兹(美)精确测量了大量元素的原子量。　

1921年：弗雷德里克•索迪(英)对放射性物质以及同位素的研究。

1922年：弗朗西斯•阿斯顿(英)使用质谱仪发现了非放射性元素的同位素，并且阐明了整数法则。

1933年：哈罗德•尤里(美)发现了重氢(氘)。　　

1934年：弗列德里克•约里奥-居里，伊伦•约里奥-居里(法)合成了新的放射性元素。

1944年：奥托•哈恩(德)发现重核的裂变。

1951年：埃德温•马蒂松•麦克米伦(美)，格伦•西奥多•西博格(美)发现了超铀元素。

1960年：威拉德•利比(美)发展了使用碳14同位素进行年代测定的方法。(笔者认为这个奖项应该作为物理学奖)

第93号超铀元素是1940年发现的，自此以后，人们发现了118号元素，但是诺贝尔化学奖再也没有对元素的发现颁发化学奖。

在元素发现这一内容方面，元素周期表（门捷列夫）和元素的质子数本质（莫塞莱）没有获得诺贝尔奖，成为该奖项的遗憾。

门捷列夫因发现元素周期表而成为化学史上最重要的科学家之一，他根据元素的原子量排列元素，预言了未知元素的位置，如钪、镓、锗，并纠正了当时测定的原子量错误，这些贡献对化学发展具有开创性意义。因此，他在1905年和1906年都被提名诺贝尔化学奖，尤其在1906年被视为热门候选人。诺贝尔奖创立初期更倾向于奖励可量化的实验成果，而门捷列夫的工作主要是理论整理和规律发现，在当时被认为不符合评奖偏好。相比之下，法国化学家亨利·莫瓦桑因宣称成功制造了单质氟或人造金刚石而获得诺贝尔奖，尽管后来证明其成果存在争议。门捷列夫于1907年去世，而诺贝尔奖不允许追授，因此他最终一生未能获得诺贝尔奖。学界普遍认为，他是诺贝尔奖历史上最不应被忽略的科学家之一，其科学成就的价值远超奖项本身。

1914年，莫塞莱在《各种元素的高频光谱》一文中，把 9 种元素——Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni 和 Cu，在相同反射角的条件下拍摄到的 X 射线标识谱排列在一起，显示了明确的规律性。1914 年莫塞莱进一步作了定量计算，得到了一个和巴耳末公式类似的公式，并且证明原子中的电子数正是元素周期表中的原子序数。莫塞莱的工作深受物理学界的赞赏，可惜 1915 年他不幸死于欧洲战场，无缘诺贝尔奖。也有人评论及时获得诺贝尔奖也是物理学奖。

二、 化合物元素组成、制备（提纯和人工合成）方面的诺贝尔奖

1902年：赫尔曼•费歇尔(德)合成了糖类和嘌呤衍生物。

1905年：阿道夫•拜耳(德)对有机染料以及氢化芳香族化合物的研究促进了有机化学与化学工业的发展。

1906年：穆瓦桑(法)研究并分离了氟元素，并且使用了后来以他名字命名的电炉。

1910年：奥托•瓦拉赫(德)在脂环类化合物领域的开创性工作促进了有机化学和化学工业的发展的研究。

1912年：格利雅(法)发明了格氏试剂，促进了有机化学的发展;保罗•萨巴蒂埃(法)发明了有机化合物的催化加氢的方法，促进了有机化学的发展。

1915年：理查德•威尔施泰(德)对植物色素的研究，特别是对叶绿素的研究。

1918年：弗里茨•哈伯(德)对单质合成氨的研究。

1927年：海因里希•维兰德(德)对胆汁酸及相关物质的结构的确定。

1928年：阿道夫•温道斯(德)对甾类以及它们和维他命之间的关系的研究。

1930年：汉斯。费歇尔(德)对血红素和叶绿素等的研究，特别是血红素铁原卟啉IX的合成。

1936年：沃尔•霍沃思(英)对碳水化合物和维生素C的研究，保罗•卡勒(瑞士)对类胡萝卜素，黄素和维生素A，维生素B2的研究。

1937年：理查德•库恩(奥地利)对类胡萝卜素和维生素的研究。

1938年：阿道夫•布特南特(德)对性激素的研究。

1939年：利奥波德•雷吉卡(瑞士)对聚亚甲基和高萜烯的研究。

1946年：詹姆士•萨姆纳发现了酶可以结晶;约翰•那斯罗蒲，温德尔•斯坦利(美)在生产纯酶和病毒蛋白质方面所作的准备工作。

1947年：罗伯特•鲁宾逊爵(英)对植物产物，特别是生物碱的研究

1953年：赫尔曼•施陶丁格(德)对高分子研究以及确立高分子概念。高分子，又称为聚合物，是由许多重复的单体通过共价键连接而成的材料。它们的分子链结构复杂，通常具有良好的机械性能和化学稳定性。

1955年：文森特•杜•维格诺德(美)对含硫化合物的研究，特别是多肽激素的首次合成。

1963年：卡尔•齐格勒(德)，居里奥•纳塔(意)对聚合物的研究，齐格勒-纳塔催化剂的研究。

1970年：路易斯•费德里克•勒卢瓦尔(阿根廷)发现了糖核苷酸及其在碳水化合物的生物合成中所起的作用。

1973年：厄恩斯特•奥托•费歇尔(德)，杰弗里•威尔金森(英)对金属有机化合物的研究。金属有机化合物是由金属原子与碳原子直接相连形成的化合物，通常具有M-C键（金属-碳键）。这些化合物可以是有机物或无机物，具体取决于金属的种类和化合物的结构。例如，格氏试剂（R-MgX）和吉尔曼试剂（R2CuLi）都是常见的金属有机化合物。

1974年：保罗•约翰•弗洛里(美)在理论与实验两个方面的，大分子物理与化学的基础研究。

1996年：罗伯特•苛尔(美)哈罗德•沃特尔•克罗托(英)理查德•斯莫利(美)发现富勒烯。富勒烯（Fullerene）是一类完全由碳元素组成的中空分子，形状可为球形、椭球形、柱状或管状，其中最常见的是C60分子，其结构由12个五边形和20个六边形组成，呈高度对称的足球状空心分子，因此又被称为“足球烯”。

2000年：艾伦•黑格(美)艾伦•麦克迪尔米德(美/新西兰)白川英树(日)对导电聚合物的研究。

三、化学反应原理方面的诺贝尔化学奖

1901年：雅克布斯•范特霍夫(荷)发现了化学动力学法则和溶液渗透压。

1903年：阿累尼乌斯(瑞典)提出了电离理论，促进了化学的发展。

1907年：爱德华•毕希纳(德)对酶及无细胞发酵等生化反应的研究。

1909年：威廉•奥斯特瓦尔德(德)对催化作用，化学平衡以及化学反应速率的研究。

1913年：阿尔弗雷德•沃纳(瑞士)对分子内原子成键的研究，开创了无机化学研究的新领域。

1920年：沃尔特•能斯特(德)对热力学的研究。

1923年：弗里茨•普雷格尔(奥地利)创立了有机化合物微量分析法。

1925年：理查德•席格蒙迪(奥地利)对胶体溶液的异相性质的证明，确立了现代胶体化学的基础。

1926年：斯维德伯格(瑞典)对分散系统的研究。

1929年：亚瑟•哈登(英)、汉斯•奥伊勒-克尔平(瑞典)对糖类的发酵以及发酵酶的研究和探索。

1931年：卡尔•博施(德)弗里德里希•柏吉斯(德)发明与发展化学高压技术。

1932年：兰格缪尔(美)对表面化学的研究与发现。

1948年：阿纳•蒂塞利乌斯(瑞典)对电泳现象和对吸附分析的研究，特别是对于血清蛋白的复杂性质的研究。　　

1949年：威廉•吉奥克(美)在化学热力学领域的贡献，特别是对低温状态下的物质的研究。尤其是热力学第三定律和超低温下的化学熵变，从实验上确定了热力学第三定律 [3]。他创造了接近0K的理想境界，被誉为制造“极冷反应”的发明家。

1950年：奥托•狄尔斯和库尔特•阿尔德(德)发现并发展了双烯合成法(狄尔斯-阿尔德反应)。

1954年：莱纳斯•鲍林(美)化学键的研究。

1956年：西里尔•诺曼•欣谢尔伍德爵士(英)，尼科莱•尼古拉耶维奇•谢苗诺夫(苏)对化学反应机理的研究。

1961年：梅尔温•卡尔文(美)研究了植物对二氧化碳的吸收，以及光合作用。

1966年：罗伯特•马利肯(美)在化学键以及分子的电子结构方面的研究。

1965年：罗伯特•伯恩斯•伍德沃德(美)在有机物合成方面的成就。

1967年：曼弗雷德•艾根(德)，罗纳德•乔治•雷福德•诺里(英)，乔治•波特(英)对高速化学反应的研究。研究溶液中半寿期在毫秒以下的极快反应动力学的弛豫技术，这种方法可以对在10秒内完成的极快反应进行观测和研究。这项技术后来发展成快科学fast science和超快科学ultrafast science，得益于原子钟计时技术发展而来的学科。后来1999年飞秒激光技术获得诺贝尔化学奖

1968年：拉斯•昂萨格(美)发现了以他的名字命名的昂萨格倒易关系。

1977年：伊利亚•普里高津(比)对非平衡态热力学(不可逆过程热力学)的贡献。

1978年：彼得•米切尔(英)为化学渗透理论建立了公式。

1979年：赫伯特•布朗(英)，乔治•维蒂希(德)将硼和磷及其化合物用于有机合成之中。

1981年：福井谦一(日)，罗德•霍夫曼(美)通过前线轨道理论和分子轨道对称守恒原理来解释化学反应的发生。　

1983年：亨利•陶布(美)对金属配位化合物电子转移机理的研究

1984年：罗伯特•布鲁斯•梅里菲尔德(美)开发了多肽固相合成法

1986年：达德利•赫施巴赫(美)，李远哲(美)，约翰•波拉尼(加)他们对化学基元反应的动力学过程的研究

1987年：让-马里•莱恩(法)，唐纳德•克拉姆，查尔斯•佩特森(美)研究和使用对结构有高选择性的分子

1992年：罗道夫•阿瑟•马库斯(美)对创立和发展电子转移反应的贡献。

1994年：乔治•欧拉(美)对碳正离子化学反应的研究。碳正离子是有机化学中一个极其重要的中间体，在一般的反应条件下只能存在10-10～10-6s，因此一直无法用实验手段直接观察。1962 年，Olah 在超强酸介质中，用1HNMR检测到叔丁基正离子只有一个单峰，化学位移值为4.3；用1CNMR测得其叔碳原子的化学位移为 335.2。由于对碳正离子研究的杰出贡献，Olah 于1994年荣获诺贝尔化学奖。

1995年：保罗•克鲁岑(荷)马里奥•莫利纳(墨)弗兰克•罗兰(美)对大气化学的研究。臭氧空洞

2001年：威廉•诺尔斯(美)野依良治(日)手性催化还原反应，巴里•夏普莱斯(美)手性催化氧化反应。

2005年：罗伯特•格拉布(美)理查德•施罗克(美)伊夫•肖万(法)对烯烃复分解反应的研究。

2007年：诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德•埃特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献。

2013年：诺贝尔化学奖授予美国科学家马丁•卡普拉斯、迈克尔•莱维特和阿里耶•瓦谢勒，以表彰他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献。

2019年：约翰·B·古迪纳夫（美国）、M·斯坦利·威廷汉（英国）、吉野彰（日本），在锂离子电池研发领域的贡献

2021年：本杰明·李斯特（德国）、大卫·w·c·麦克米伦因（美国），在不对称有机催化方面的发展

四、化合物空间结构方面的诺贝尔化学奖

1957年：亚历山大•罗伯塔斯•托德男爵(英)研究了核苷酸和核苷酸辅酶的结构。

1958年：弗雷德里克•桑格(英)研究了蛋白质，特别是胰岛素的一级结构。

1962年：马克斯•佩鲁茨(英)，约翰•肯德鲁(英)研究了肌红蛋白的结构。

1969年：德里克•巴顿(英)，奥德•哈塞尔(挪威)发展了以三级结构为基础的构象概念

1971年：格哈得•赫尔茨伯格(加)对分子的电子构造与几何形状，特别是自由基的研究。

1975年：约翰•沃尔卡普•柯恩福斯(澳)酶催化反应的立体化学的研究;弗拉基米尔•普莱洛格(瑞士)有机分子和反应的立体化学的研究。

1976年：威廉•利普斯科姆(美)对硼烷结构的研究。

1988年：约翰•戴森霍尔(德)罗伯特•胡贝尔(德)哈特姆特•米歇尔(德)光合作用中心的三维结构的确定

2010年：美国德拉威尔大学的Richard F. Heck、普渡大学的Ei-ichi Negishi以及日本仓敷艺术科学大学的Akira Suzuki，他们发明了新的连接碳原子的方法，获得2010年诺贝尔化学奖。

2011年：以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼因发现准晶体独享2011年诺贝尔化学奖。准晶体是介于晶体和非晶体之间的固体，其原子排列具有长程有序性但缺乏平移对称性，允许出现五次、八次等传统晶体学禁止的旋转对称性，原子间距常符合黄金分割率 [1] [3-4]。1982年4月8日，以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼在铝锰合金中首次观察到准晶体结构，其电子衍射图呈现十次对称性，该发现因挑战传统晶体学理论引发争议 [2]。

数学家罗杰·彭罗斯于1974年提出的非周期拼图理论为解释准晶结构奠定基础。1984年科学家在急冷铝锰合金中发现准晶体，1987年实验室成功合成准晶体，2009年在俄罗斯矿物样本中发现首例天然准晶体。

2022年：卡罗琳·贝尔托西（Carolyn R. Bertozzi，美国）、摩顿·梅尔达尔 (Morten Meldal，丹麦）、卡尔·巴里·夏普莱斯(K. Barry Sharpless，美国），以表彰他们在“发展点击化学和生物正交化学 ”方面所作出的贡献。点击化学（Click Chemistry）由美国化学家巴里·夏普莱斯于2001年提出，其核心理念是以分子功能为导向，通过小单元的简便拼接，快速可靠地完成各种分子的化学合成。

2024年诺贝尔化学奖授予David Baker、Demis Hassabis和John M. Jumper，以表彰他们在计算蛋白质设计和蛋白质结构预测方面的突破性贡献。

2025年诺贝尔化学奖授予北川进、理查德·罗布森和奥马尔·M·亚吉，以表彰他们在金属有机框架（MOF）领域的开创性贡献

五、化学研究方法方面的诺贝尔化学奖

1935年：彼得•约瑟夫•威廉•德拜(荷)通过对偶极矩，X射线和气体中电子的衍射的研究来了解分子结构。　

1943年：格奥尔格•赫维西(匈)在化学过程研究中使用同位素作为示踪物。

1945年：阿图里•维尔塔南(芬)对农业和营养化学的研究，特别他提出的饲料储藏方法。

1952年：阿切尔•约翰•波特•马丁(英)，理查德•劳伦斯•米林顿•辛格(英)对色谱的研究和发现。

1959年：加洛斯拉夫•海罗夫斯基(捷克)发现并发展了极谱分析方法。

1964年：多罗西•克劳富特•霍奇金(英)通过X射线在晶体学上确定了一些重要生化物质的结构。

1980年：保罗•伯格(美)对核酸的生物化学研究;沃特•吉尔伯特(美)，弗雷德里克•桑格(英)核酸DNA序列的确定方法。

1982年：亚伦•克拉格(英)通过晶体的电子显微术在测定生物物质的结构方面的贡献

1985年：赫伯特•豪普特曼(美)，杰罗姆•卡尔勒(美)在测定晶体结构的直接方法上的贡献

1990年：伊莱亚斯•科里(美)开发了计算机辅助有机合成的理论和方法。

1991年：理查德•恩斯特(瑞士)对开发高分辨率核磁共振(NMR)的贡献。

1993年：凯利•穆利斯(美)迈克尔•史密斯(加)对DNA化学的研究，开发了聚合酶链锁反应(PCR)。

1998年：沃特•科恩(美)密度泛函理论的研究， 约翰•波普(英)量子化学计算方法的研究。

1999年：艾哈迈德•兹韦勒(美)用飞秒激光光谱对化学反应中间过程的研究。

2002年：库尔特•维特里希(瑞士)约翰•贝内特•芬恩(美)田中耕一(日)对生物大分子的鉴定和结构分析方法的研究。

2008年：美国Woods Hole海洋生物学实验室的下村修、哥伦比亚大学的Martin Chalfie和加州大学圣地亚哥分校的钱永健因发现并发展了绿色荧光蛋白(GFP)而获得该奖项。

2014年：诺贝尔化学奖授予了美国科学家埃里克•贝齐格、威廉•莫纳和德国科学家斯特凡•黑尔，以表彰他们为发展超分辨率荧光显微镜所作的贡献。

2016年：让-彼埃尔·索瓦(法国)、詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特(英/美)、伯纳德·费林加(荷兰)，分子机器的设计和合成

2017年：雅克·杜波切特(瑞士)、　阿希姆·弗兰克(德国)、理查德·亨德森(英国)，开发冷冻电子显微镜用于溶液中生物分子的高分辨率结构测定。（我国在冷冻电镜研究物质结构方面有热门工作，笔者看来难获诺贝尔奖）

2018年：弗朗西斯·阿诺德（美国）、乔治·史密斯（美国）、格雷戈里·温特尔（英国），酶的定向演化以及用于多肽和抗体的噬菌体展示技术

2020年：埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（法国）、詹妮弗·杜德纳（美国），开发基因组编辑方法的贡献

2024年：戴维·贝克（David Baker，美国）、德米斯·哈萨比斯（Demis Hassabis，英国）和约翰·江珀（John M. Jumper，英国），以表彰他们在蛋白质结构预测方面的贡献。

六、生物化学方面的诺贝尔化学奖 

如同前面的元素方面的化学奖和物理学奖有所重叠和难以划分之外，在生物化学诺贝尔奖和生理医学诺贝尔奖方面也有所重叠和难以划分。例如

 1962年，詹姆斯·沃森、弗朗西斯·克里克和莫里斯·威尔金斯因发现DNA双螺旋结构，共同获得诺贝尔生理学或医学奖。（这是生物化学的重要教学内容之一）

这项成果也可以划分到生物化学诺贝尔奖。

1972年：克里斯蒂安•伯默尔•安芬森(美)对核糖核酸结构的研究;斯坦福•穆尔，威廉•霍华德•斯坦因(美)对核糖核酸分子的催化活性与其化学结构之间的关系的研究。

1989年：西德尼•奥特曼(美)，托马斯•切赫(美)核糖核酸(RNA)催化性质的发现

1997年：保罗•博耶(美)约翰•沃克尔(英)阐明了三磷酸腺苷合成酶的机理 延斯•克里斯汀•斯科(丹)离子传输酶的发现，钠钾离子泵。

2003年：彼得•阿格雷(美)罗德里克•麦金农(美)对细胞膜中的水通道的发现以及对离子通道的研究。

2004年：阿龙•切哈诺沃(以)阿夫拉姆•赫什科(以)欧文•罗斯(美)发现了泛素调解的蛋白质降解。

2006年：罗杰•科恩伯格(美)对真核转录的分子基础所作的研究。

2009年：英国生物学家万卡特拉曼•拉玛克里斯南(Venkatraman Ramakrishnan)、美国科学家托马斯•斯泰茨(Thomas A. Steitz)和以色列女生物学家约纳什(Ada E. Yonath)因在核糖体结构和功能研究中的贡献共同获该奖。

2012年：美国科学家罗伯特•莱夫科维茨和布莱恩•克比尔卡因“G蛋白偶联受体研究”获诺贝尔化学奖。

2015年：托马斯•林道尔(Tomas Lindahl)、保罗•莫德里奇(Paul Modrich)以及阿奇兹•桑卡(Aziz Sancar)。获奖理由是“DNA修复的细胞机制研究”。

七、化学奖的新纠结

如上所述，化学作为加在物理和生理之间的学科，一直处于纠结的状态，没有获得一个化理的高大上的名字。随着人类科学从宏观和微观两个方向向介观制度的延伸，诺贝尔奖面临新的纠结。

2023年：莫吉·巴旺迪 （Moungi G. Bawendi，美国） 、 路易斯·布鲁斯 （Louis E. Brus，美国） 和 阿列克谢·埃基莫夫 （Alexey I. Ekimov，俄罗斯） ，以表彰他们发现和合成了量子点 。量子点（Quantum Dots）是直径在2-10纳米之间的半导体纳米颗粒，通常由少量原子组成。它们的电子和空穴在三个空间维度上受到限制，表现出量子限域效应，导致其具有独特的光学和电子性质。这些性质使得量子点在光电器件、显示技术、生物成像等领域具有广泛的应用潜力。

早在千百年前，当人类生产彩色玻璃时就发现，往玻璃中添加金、银、镉等物质，在不同温度下会显现出不同的色彩。到了近代，物理学家发现，添加一种物质就能产生不同颜色的玻璃，决定颜色的是加热温度和冷却方式。

1970年代末，叶基莫夫刚刚博士毕业，在苏联瓦维洛夫国家光学研究所工作。在研究彩色玻璃时，他发现玻璃样品中的纳米颗粒从约2纳米到30纳米不等，且尺寸越小，颜色越靠近蓝色，尺寸越大越接近红色。由于熟悉量子力学，他很快意识到这是与尺寸相关的量子效应，并于1981年发表了相关论文。

1983年，正在美国贝尔实验室工作的路易斯·布鲁斯首次在溶液中发现了自由漂浮的粒子具备尺寸依赖性的量子效应。这相当于发现了元素周期表的第三个维度：决定元素性质的，除了电子层数和外层电子数，在纳米尺度上的尺寸也很重要。1993年，巴文迪又彻底改变了量子点的化学生产，产生了近乎完美的粒子，由此让量子点技术逐步应用于人类的生活、生产和娱乐等。

诺奖委员会解释，之所以一个与量子有关的研究颁给了化学奖而不是物理学奖，是因为量子点是关于材料合成的技术。合成这些材料用的是化学实验的方法，也更多是被化学家们用于探索量子点在各个领域的应用。2023年将化学诺奖颁发给量子点说明化学与物理、材料、生命科学的密切关系，也表达出了诺奖委员会的新纠结。