2023年03月24日 星期五
第五位两次获得诺贝尔奖的科学家
夏普莱斯:不惧科学“无人区”
□ 王 恒
2022年,夏普莱斯发表诺贝尔奖演讲。
(来源:诺贝尔奖官网)

    诺奖人成长之路

    卡尔·巴里·夏普莱斯(K. Barry Sharpless)因为开创了催化不对称氧化反应的研究获得2001年诺贝尔化学奖,又由于在“点击化学”研究方面的贡献获得2022年诺贝尔化学奖,成为继居里夫人、莱纳斯·鲍林、约翰·巴丁、弗雷德里克·桑格之后第五位两次获得诺贝尔奖的科学家。

    是什么缔造了夏普莱斯的超凡成就?读书和实践是夏普莱斯一生中最重要的事情,读书使他获得大量的知识,实践使他创造出为人类服务的产品。

    在与自然打交道中磨练性格

    1941年,夏普莱斯在美国宾夕法尼亚州费城出生。童年时期,他的暑假时间大部分是在新泽西州马纳斯河上钓鱼度过的。由于父母的管教并不严格,夏普莱斯从小就很随性,他的自学和成长始于6岁。

    那年,他找到了一艘带马达的小艇,偷偷地独自驾驶着小艇从马纳斯河游到入海口直到海上。那段时间里,他对大自然充满了好奇和兴趣,不断地去探索、去梦想。他回忆说:“我在上小学的时候,完全凭着兴趣,成为一个合格的水手,成为能够捕捉鳗鱼、螃蟹的渔夫;成为敏锐好奇的观察家和实验主义者。终于,在小学还没毕业的时候,我已经可以自力更生,并且成了一个无所畏惧的自学者。”

    在14岁时,夏普莱斯成了布瑞尔船坞包租渔船上最年轻的伙计。充满竞争的捕鱼生活让他变得果断,渔船的每日维护让他富有责任感。钓鱼爱好也成为他一生坚持的业余活动。

    实践是最好的老师,夏普莱斯的性格和能力就在独立与自然打交道的过程中磨练出来了。

    从阅读中挖掘化学奥秘

    “我不怎么爱学习。”夏普莱斯回忆高中生活时说,他最爱的书是关于类固醇的生物合成,这让他感到化学的神奇之处。

    上大学的时候,由于一次滑雪把腿摔伤了,夏普莱斯只好在图书馆里打发时间。就在这时,他发现了化学的奥秘。他不仅喜欢化学,还能看什么就记住什么。

    夏普莱斯本来是读医学预备科,但是却误入了助理教授斯潘赛那间画满电子转移机理箭头的实验室,他的研究课题是多烯的选择性氧化。进入实验室后,他全身心都投入到研究中,对各种细节都可以分辨得一清二楚。

    由于某次有机化学考试没有通过,为了更好地研究课题,夏普莱斯连续6个月成为化学图书馆的常客。当再次回到实验室的时候,他的知识量已经足够应付与博士后们的讨论。幸运的是,他被安排与实验室的博士后鲍勃科茨一起工作,在鲍勃科茨的细心指导下,夏普莱斯学会了第一个研究“绝招”:你如果能够足够快速地证明实验早期那些“貌似正确”的结论的错误,你就会越快地推进,找到下一个新的发现。夏普莱斯把这个方法叫做“证伪法”。后来,当他的学生带来好的实验结果时,夏普莱斯一定会说:“去试试让这个反应失败!”

    痴迷于不寻常的新发现

    夏普莱斯为何能在科研上取得这么多的成果?

    二十几岁的夏普莱斯,在放弃学医选择化学领域时,相信他没有想过未来能获得什么伟大的科学奖项,他只是一直在热爱、着迷、永不言弃的探索过程中不断奋斗。

    夏普莱斯的研究方法与常人不同,他喜欢找别人不去碰的“硬骨头”来啃。元素周期表中那些缺乏文献的空白处,是很多化学家们都不愿探索的所谓“可怕的黑暗地方”,他们对这样的地方具有“偏见和恐惧症”。夏普莱斯用自己的努力,改变了人们的“偏见”,克服了“恐惧症”,发现了不对称环氧化反应,他也因在不对称氧化方面的成就分享了2001年度的诺贝尔化学奖。

    夏普莱斯就是一个永不满足已有成就的人。大约两年后,夏普莱斯与著名的有机化学家德里克进行了对话。当得知夏普莱斯打算放弃原有的研究项目,而去开辟新的领域时,德里克严厉地问道:“您认为还有其他催化不对称反应需要被发现吗?”夏普莱斯说:“是的,我知道有。”

    在不对称环氧化反应发现不久后,夏普莱斯的博士后埃利克·约克布森和已故的伊斯特万·马尔科发现了不对称催化的双羟基化反应。从此,夏普莱斯改变了研究方向,1992年,他加入了斯克里普斯研究所,专注于寻找一种快速、可靠地发现新化学反应性和分子功能的方法。1996年到1997年,他与学生们做了“点击化学”的首次尝试。

    1988年,夏普莱斯正式提出“点击化学”概念。它的核心理念是,合成化学要以分子功能为导向,通过小单元的简便拼接,快速可靠地完成各种各样分子的化学合成。基于他对“点击化学”作出的突出贡献,2022年夏普莱斯二度获得诺贝尔化学奖。

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