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超越分子的化学艺术

 

——记诺贝尔化学奖得主、“超分子之父”Jean-Marie Lehn

 作者：卢 曦 

                          

　　Lehn教授已经不记得这是自己第几次来到中国了，2007年秋天，他的中国之行包括了杭州、上海、西安以及北京。“我是浙江大学的名誉教授——从上周五刚刚开始”，日程虽然紧凑，他没有显出丝毫的疲惫。在汽巴为他准备的简单精巧的午宴上，他饶有兴趣地审视着菜肴的标签，他天生好奇，而中国竟有这么多陌生又有趣的东西。

　　1987年，Lehn因超分子化学领域的卓越成就与另两位科学家共同获得诺贝尔化学奖，此后他一直被尊称为“超分子之父”。即使二十年要过去了，远在中国的年轻学者，在开始自己的博士论文时，还会无一例外地提到他的名字。

　　“1980年我第一次来到中国，太难忘了。文化大革命的灾难刚刚过去，上海的街上一辆汽车也没有，却有成千上万的自行车。人们穿着一模一样的制服。” 那一次造访，Lehn认识了当时的上海有机所所长汪猷。此后，他一直关注着中国，“那时的中国很穷，可他们的研究成果非常出色。比起今天，中国的变化真令人赞叹。”

 

音乐、哲学还是化学?

 

　　1939年，Jean-Marie Lehn出生于法国阿尔萨斯一座中世纪的小城罗塞姆，在那里，他度过了二战的岁月。少年时代，并没有多少迹象表明这个面包师的大儿子会走上科学研究的道路。父亲沉醉于钢琴和管风琴，后来成了一名专业的管风琴演奏师。Lehn不仅喜爱古典音乐，对学校里开设的拉­丁文、希腊文以及法国文学也颇感兴趣；到了中学的最后一年，他迷上了化学和哲学。

　　十几岁时，还是一个普通高中生的Lehn按捺不住对化学实验的强烈的好奇，四处搜集玻璃仪器和化学药品，一个人在家做有机化学实验。“种子就这样埋下了。”Lehn在自传里写道。与此同时，他也越来越着迷于思考哲学问题。

　　音乐、哲学还是化学？Lehn一时很难决定做哪一行。幸运的是，斯特拉斯堡大学给了大学新生一年的时间，可以自由倾听各个不同主题的讲座，再决定自己的专业。就在他几乎决定将哲学作为自己毕生追求的时候，他遇到了年轻的化学教授Guy Ourisson。

　　“Ourisson讲授的是现代的化学，他有着完全开放的思想。在他面前，年轻年老的教授都一样，没有阶层之分，他特别欢迎年轻思想带来的冲击。”Lehn回忆说。“最终我觉得，哲学虽然能够帮助人们解答一些抽象的问题，但是你永远无法验证。而化学却可以改变物质，从一个化合物到另一个化合物，甚至可以创造出新的化合物。”

　　在Ourisson的影响下，哲学和艺术最终让位于化学， Lehn认为三者具有相通之处，他至今保持着每天弹钢琴的习惯。“化学是创造性的科学，创造出新物质、新材料，这个过程很像雕塑艺术，只不过分子、原子我们看不见。”

　　选择专业的过程被Lehn称为“第一个决定性阶段”，在Guy Ourisson的实验室获得博士学位之后，哈佛大学Robert Burns Woodward教授给了他第二个决定性的机会。1964年，他见证了Woodward-Hoffmann规则最初的形成。

　　“巴赫不会老用一首曲子！”Lehn对自己说，在哈佛，他故意选择了自己从未涉及的领域——维生素B12的合成。当他返回斯特À­斯堡建立自己的实验室的时候，已经拥有了有机化学、量子理论和物理方法等多种深厚的研究背景，量变即将引发质变。

　　1978年，Lehn第一次给出了超分子化学的定义——分子组装与分子成键的化学。在此之前，1960年杜邦公司的Charles J. Pedersen在实验中意外合成的冠醚，美国科学家Donald J. Cram提出的主客体化学的概念共同推动了超分子化学的诞生。三位科学家分享了1987年诺贝尔化学奖。

 

超分子化学离生活还有多远？

 

　　超分子化学的诞生带来了化学界的震动，由此，根据结合力的不同，化学被分为分子化学和超分子化学。超分子化学最显著的影响体现在与其它学科的交叉。受其影响最大是材料科学和生命科学。

　　1993年，Lehn就曾预言超分子化学与高分子化学的结合，将会创造出丰富多彩的物质。传统的聚合物材料往往具有良好的强度、热稳定性、耐腐蚀性、延展性等优点，归根结底来源于共价键带来的“稳定性”。而超分子聚合物通过氢键、配位键等非共价键结合，整个材料体系是一个动态的平衡。随着外界光、温度、压力等条件的变化，整个体系的平衡会发生移动，表现为材料对外界变化的“响应”。

　　2003年和2004年，欧洲涂料会议上报道了一种新的涂料——灵巧或响应涂料（Smart or responsive coatings）。这类涂料利用超分子的独特性能，不仅能灵活应对外界刺激，发生的变化还具有可逆性。这类“智能”的材料已经引起了研发专家极大的兴趣，以动态的弹性应对外界的刺激，无疑使这类材料具有了不可比拟的适应能力。

　　“生物体以分子为基础。所有的生物都是由分子组成的，分子化学是独立的分子理论。分子之间怎样相互作用，怎样组成整体就是超分子领域的问题。”Lehn介绍说。超分子化学与生命体的密切关系被应用到医学领域。

　　“分子识别”是超分子化学的一大分支理论。“就像一把钥匙对应地开一把锁”，Lehn常常这样打比方。在医学上，人们希望药物能针对性地杀灭有害细胞，而不伤害正常组织。将超分子理论应用于药物的“靶向性”，是目前研究的热点之一。超分子化学目前已在医学诊断、转基因以及新药研发等领域有所应用。日本的一家公司业已开始将超分子技术应用于商业生产，然而规模尚小。

　　“超分子化学的发展会推动它在医学和生命科学领域的应用，但是医学不会等待超分子化学的发展。”Lehn说，2002年，他对超分子化学重新进行了定义:“用非共价键的方法使各组份发生分子间的作用，来发展高度复合的体系。”此时，距他第一次提出超分子化学定义已有二十余年。

　　在中国，Lehn常常需要“赶场”。虽然已是满头银发，68岁的Lehn教授仍然思维活跃，精神体力并不逊于年轻人。与难以计数的名誉教授头衔相比，瑞士汽巴董事会成员和研究科学家的身份让他的视角与众不同。

　　对年轻的学者，他说，要有独立的思想；在化工企业，他说，要改进催化剂，减少原材料消耗；面对媒体，他说：“汽车消耗太大污染太严重，我并不是反对汽车，但是政府、企业都要想想办法。”

　　2007年11月，在Lehn离开中国前，他又跑到西安访问了陕西师范大学。他对中国的兴趣愈来愈浓。

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