弗雷泽·斯托达特（Fraser Stoddart）教授
2024年12月31日，2016年诺贝尔化学奖得主、世界顶尖科学家协会（WLA）重要一员弗雷泽·斯托达特（Fraser Stoddart）教授逝世，享年82岁。
斯托达特教授不朽的学术成就将被永远传承下去。50余年学术生涯中，他在国际顶尖学术期刊发表论文1270余篇，全球范围内被引用超14万次，连续11年被科睿唯安 （Clarivate）评为高被引科学家。更重要的是，他永远地改变了化学家对材料科学和分子纳米技术的思考方式。
斯托达特教授伟大的教育成就也应该被铭记。他在同行间以鼓励年轻化学家而闻名，并致力于为经济上处于不利地位的高中生提供化学研究机会。在他的诺贝尔奖自传中，斯托达特教授写道：“我非常荣幸能够几乎每天在高智商和杰出天赋的年轻人面前实践我的爱好。”数据显示，斯托达特实验室50余年来已培养了近500位博士生和博士后，目前在中国以及世界各地高校与研究机构任职的中国及华裔弟子累计有数十位。
斯托达特教授对中国怀有深厚的情谊。他为中国的分子机器研究、人才培养和学科建设都作出了开创性贡献，并因此获得中国政府友谊奖和中华人民共和国国际科学技术合作奖。
2024年5月，斯托达特教授曾亲赴上海受聘为华东师范大学荣誉教授，与学生李大为教授、徒孙张亮教授共同谱写了一段师徒三代聚首同一所大学的佳话。张亮教授作为青年科学家的杰出代表也曾多次参与顶科论坛。
与斯托达特教授分享了2016年诺贝尔化学奖的本·费林加（Ben FERINGA）教授将他描述为一位“好朋友、好同事和一位杰出的科学家”，他对化学有着巨大的精力和热情。
斯托达特教授是一位农民之子，他从苏格兰的田野走进化学的殿堂，依靠的是面对不确定性时奋斗的勇气、始终追赶最新科技浪潮的全新思维、巨人的肩膀以及对化学“初恋”一般的热忱。
在全球陷入困顿的2020年，斯托达特教授发表了17篇论文，并在农场里种植了许多蔬菜——这两者是他一生的爱好。
2020年7月14日，斯托达特教授撰写的《分子纳米拓扑学时代的黎明》(Dawning of the Age of Molecular Nanotopology)刊登在美国化学学会出版物（ACS Publications）上。在文章中，他提出了“分子纳米拓扑学”这个有些拗口的新概念。
斯托达特教授于论文发表当日接受了世界顶尖科学家论坛（WLA Forum）的独家视频专访。他在采访中预言：分子纳米拓扑学将是震撼化学界的全新领域。
谨以此次专访文章深切缅怀弗雷泽·斯托达特教授。
这是个还没有被探索过的领域，但是现在很多好的事情将会发生，很多奇迹将会上演。
“我一直在说，当分子线的拓扑学和化学拓扑学进入到化学的词典里时，一定会带给化学家非常大的震撼。因为这真的是非常、非常根本的研究。我觉得一定会有很多人乐意加入进来，这个崭新的领域会变得爆炸。某种程度上，我刚刚重新命名了这个领域。因为分子这个概念还是太大了，而我所说的是纳米程度的拓扑学。所以，我会叫这个未被开垦过的新领域——分子纳米拓扑学。”“这会对新的化学催化剂的生成、更为传统的化学反应的精准选择提供更多可行性。当然，我只是对这个全新的东西充满着好奇。因为未来对我而言也充满着未知，我并没有比其他人知道的更多。”2016年12月12日，斯托达特在参观诺贝尔基金会时，仔细观看了他的诺贝尔奖章。图｜ © Nobel Media AB 2016
在这篇文章，斯托达特对拓扑学在化学分子学领域进行了溯源，也作出了展望：1960年，埃德尔·瓦塞尔曼（Edel Wasserman）采用统计合成的方法，创造了世界上第一个索烃，连带着机械键有了首次实验亮相。次年，哈里·弗里希 (Harry L. Frisch)和瓦塞尔曼在一篇开创性的通讯中，将化学拓扑学领域引入了化学领域的大词典中。在这篇通讯中，两人将拓扑学异构体进行了一些定义，包含如下内容，例如：两个含有相同的原子和化学键连接性的分子，但是这两个分子的结构不能通过三维空间的任何变形进行相互转换。这篇发布于1961年的通讯，还概述了一些可能获得诸如索烃这样的分子结和链接的实验方法。索烃是一个具有两个或两个以上互锁的环形成分的分子，也就是说，它也是机械互锁分子的例子，从拓扑学的角度上说属于“不平庸”（编者注：数学中，术语“平庸”经常用于结构非常简单的对象，而相反地，“不平庸”则是用来表明某种例子、解法、语句或是定理不太容易被证明）。
另一种最常见的机械互锁分子被称为轮烷，它包括一个由轴状实体(哑铃)穿着的环，不过由于其末端组(止动器)过于庞大了，环无法越过。轮烷在拓扑学上是“平凡”的，原因很简单：它的成分可以通过连续的变形而解离，这会导致环从哑铃上滑落，而不会有任何化学键断裂或相互通过。而索烃中的机械键也是一种拓扑键，但是在轮烷中却不是这样。由此可见，基于拓扑学的考虑，索烃和轮烷之间有着非常明显的区别。
用图形表示链接和结的拓扑异构概念。图｜《分子纳米拓扑学时代的黎明》
在索瓦日和大卫·艾伦·利（David Alan Leigh，编者注：英国化学家）对链接和结进行的开创性研究之后，我们已经准备好见证分子纳米技术新时代的到来：我们称之为分子纳米拓扑学时代，机械键是分子纳米拓扑学的基石。其实，在非自然方式的产物合成领域，大的、更复杂的结是触手可及的。大卫·艾伦·利曾评论说，就像在天然产物的合成中一样，在非天然对应物的合成方式也可以有翻天覆地的变化，将原来极其困难的合成呈现出来。例如，他对编结的介绍，将使更多更复杂、更大尺寸的分子结的合成成为可能。在分子结的合成中，除了使用金属模板外，还有其他途径可以探索，氢键和供体-受体相互作用以及溶胶效应基本上都没有探索过，自由基模板也是如此。分子纳米拓扑学的前景是无限的，因为它可用于建造结的空间是非常巨大的。在分子纳米拓扑学的推动下，分子纳米技术即将进入新的纪元。02
了不起的机械键
我估计，每一周全球的实验室里，都会制造出成千上万种新的化合物，每年也都会发明出十几个真正的新化学反应。然而，一个新化学键的产生是千载难逢的，这个化学键就是机械键。在采访中，斯托达特表示“如果说要总结我对科学的贡献，那么我觉得最主要的一点就是和我的知己让-皮埃尔·索瓦日（Jean-Pierre Sauvage, 编者注：法国化学家，斯特拉斯堡大学教授，与斯托达特一起分享了2016年诺贝尔化学奖）一起助力了机械键的发展。”
2016年，斯托达特、索瓦日、伯纳德·费林加（Ben Feringa）共同获得了当年的诺贝尔化学奖。图｜截自Nobel Prize
2016年的诺贝尔奖化学奖的颁奖词中，以相同比例分享了当年这一奖项的三人都是因为分子机器的设计和合成。而斯托达特坦言，其实更准确的描述应该是发展机械键。这才是分子机器的核心。12月10日，2016年诺贝尔奖颁奖典礼在斯德哥尔摩音乐厅举行。图｜ Nobel Media AB 2016/Pi Frisk
1983年，索瓦日率先向微型机器迈出了一大步，他将两个环形分子连接起来，形成一条链。这样一来，一个部件就可以自由地绕着另一个部件移动，而不是傻愣愣地固定在原地。如果说一台机器想要执行任务，那么它的组成部分就必须具备能够相对地向其他的组成部分移动的能力。斯德哥尔摩皇家理工学院的化学家、诺贝尔化学委员会成员奥洛夫·拉姆斯特伦（Olof Ramstrom）说，这两个互锁的环满足了这一要求。接着，在1991年，斯托达特证明了分子的部件是可以被操控的。斯托达特和他的团队成功地将一个分子环穿到一个薄薄的分子轴上，并将其移动到不同的部位，然后再返回。斯托达特正在斯德哥尔摩的诺贝尔博物馆中，向自己的孙子和亲戚朋友们的小孩展示自己的签名的椅子。图｜Nobel Media AB 2016
环仍然围绕着这个轴，因为这两个部件具有互补的电子基团，使它们既能够保持在一起，但又有充分的空间可以移动。当斯托达特加热来激发轴上各段的电子，环就会上下滑动。接下来，两人都开始寻找一种能源。索瓦日和斯托达特都修改了他们的环和线的化学结构，使它们能够对电化学能量作出反应。这涉及到了添加某种化学物质（具体来说是一种氧化剂），给系统增加更多的电子。额外的电荷使环或线上的成分产生了不平衡，而附着在环上的电子则通过在分子的程度上产生运动来回应。反过来也一样。
截至1994年，斯托达特已经可以完全地操控这种分子穿梭机的运动。此后，斯托达特和他的实验室小组利用基于机械键的轮烷创造了许多分子机器，包括了分子电梯和人工肌肉。
分子环和线。斯托达特最终因为设计和合成分子机器——比一根人类头发宽度小约一万倍的移动机器，获得了2016年诺贝尓化学奖。图｜QUARTZ
每一年的诺奖颁奖礼前后，候选人之间的关系总是会被热议。尤其是最后以相同比例分享了至高荣誉——诺贝尔奖的得主。
动图｜Big Bang Theory Forums斯托达特和索瓦日两个在相同领域创造耕耘的人最后在同一年拿了诺奖。我们仍然在密切地联系着，即使是现在的特殊时期。他现在在意大利北部一处的避暑胜地。我们交换了很多彼此的照片。这让我想到了另外一个在最近十年变得尤为严重的问题：人们不愿意合作。“科学一定要是有趣的。我很早以前就发现了和别人一起在科学里遨游要有趣很多，会获得双倍的快乐。有的人因为各种各样的原因会选择离群索居、孤立地进行研究。他们也会问我：你怎么知道这些人来接近你，真正想要的是什么？那让我来告诉你：这从来该不是一个科学家该考虑的东西。
科学家只需要思考怎么做出最棒的科学。而追求最好的科学，这就是贯穿我整个职业生涯的信奉准则。
“如果你想要自己的科学大梦想实现，你要学会找出那些在特定的领域里非常棒的领袖，提供他们的专业知识。这样，你才能站到很高很高的水平。“如果你认为你能知道所有的事情，而你只想让荣耀、灯光照耀着你一个人，我真的、真的觉得这样是不会成功的。“我非常幸运的是，我从小就在苏格兰的小农场长大。在农场那种人际社区，人们总是在对方遭遇困难的时候给予支持。无论是收成不好的时候，还是有的家庭被可怕的病魔拜访的时候，我们总是守望相助。所以，我脑子里总是有这样一条信念：你要懂得合作。斯托达特长大的的佃户农舍，位于苏格兰。图｜西北大学“当我在说‘合作’这个术语的时候，我的意思是：我们每个人都是平等的。没有哪个人一定比另一个人强。就好像在农场里，无论是挤奶牛的还是农民，我们都是一样的。没有说哪一个工种比另一个工种高贵这样的说法。可是，这种合作的精神好像最近的20、30年，尤其是最近的10年，至少是在西方世界，已经失落了。”
编 辑 | 秣 马
责 编 | 小 文
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