【2021諾貝爾化學獎】他們的工具帶給了建構分子的革命性發展

化學家可以透過連接許多小的化學塊材來創造新分子,但控制這些看不見的物質,以所需的方式結合是很困難的。本傑明•李斯特 (Benjamin List)和大衛•麥克米蘭 (David MacMillan)獲得了2021年諾貝爾化學獎的桂冠,以表彰他們開發了一種新而巧妙的工具來建構分子:有機催化。它的用途包括研發新的藥物,以及使得化學更為環保。

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天然物研究的前世今生

傳說中神農氏藉由不斷的試吃,鑑定了大自然中許多種的動植物和礦物,並且詳細既載這些物質對於調養身體或治療疾病的效果。後人逐步統整這方面的知識後,累積成著名的中藥典籍《本草綱目》。
以上的例子是古代「藥物開發」最常見的一種模式,雖然確實能找到具有療效的物質,但對於它們是如何產生療效,卻難以在分子層級有詳盡的論述。舉例來說,我們知道喝茶可以提神,但是茶葉組成複雜,包含葉綠素、纖維素、蛋白質、各種微量礦物質等眾多成分,絕大多數都不具提神的功能;在仔細分離純化各個分子之後,科學家發現只有咖啡因具有提神的效果。咖啡因就是一種天然物(natural product),雖然「咖啡因」和「茶葉」以及它們的作用不會因為時代而改變,但天然物的研究方法和切入點,確實因時代變遷而有所不同;本文專注於討論天然物在現代科學中扮演的角色。

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賦予塑膠袋新生命

當社會大眾逐漸意識到塑膠垃圾造成的健康與環境問題,回收、減用塑膠製品成了當前的重要議題。如何更經濟、更環保地再利用這些塑膠廢棄物,是科學家們一直想解決的問題。現在,科學家們有了新的解答:利用鉑催化劑,可以將聚乙烯製品升級再造,生成具有高附加價值的芳香烴類化合物。

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加點糖就能搞定——粉蝨對芥子油炸彈的防爆機制

如同人類為了抵禦細菌與病毒,而發展出複雜的免疫系統。十字花科植物對於害蟲的入侵,也有一套自我防禦的武器——芥子油炸彈,但這套裝備似乎對自備吸管的粉蝨一點辦法也沒有。科學家一直認為是粉蝨的刺吸式口器避免了防禦機制的啟動,最新的研究卻指出,芥子油炸彈確實引爆了,不過粉蝨卻能靠著分泌的蜜露化險為夷。

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越大越好—細菌、酶、輔因子與鑭系元素

當有「科技維他命」之稱的稀土元素被廣泛應用於生活各個角落,開採與回收這些金屬背後,昂貴的冶煉成本與伴隨的污染問題,需要更有效且友善環境的萃取方法。實驗室中,科學家發現有些特殊的細菌,能擷取環境中的鑭系元素。這些細菌的醇脫氫酶與它們的輔因子PQQ,能捕捉原子序較小(earlier),同時也是體積也較大的鑭系元素,或許能為稀土的純化翻開下個篇章。

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【2020諾貝爾化學獎】基因剪刀:一個改寫生命密碼的工具

艾曼紐爾•夏本提爾(Emmanuelle Charpentier)與珍妮佛•道納(Jennifer Doudna)榮獲了2020年諾貝爾化學獎的桂冠,主要是因為她們發現了基因技術中最強大的工具之一:CRISPR/Cas9基因剪刀。研究人員可以非常精準地使用它們改變動物、植物和微生物的DNA(去氧核糖核酸)。這個技術徹底改變了分子生命科學,為植物育種帶來了新機會、有助於創新的癌症療法、並可能使治癒遺傳性疾病的夢想成真。

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釕-106來源追溯——非放射釕同位素分析

2017年秋天,東歐上空出現釕-106(106Ru)放射性元素污染雲層。2020年六月,德國漢諾瓦萊布尼茲大學與明斯特大學的科學家們為這個謎團提供了新的線索。研究指出釕-106的來源,是已用過的核電廠燃料(又稱為乏燃料,spent nuclear fuel)。進一步的分析顯示,真正的源頭是俄式壓水反應爐(water-water energetic reactor, VVER)的核燃料再處理過程(nuclear reprocessing)中產生的洩漏。

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【2019諾貝爾化學獎】他們開發出世界上最有力的電池

2019年的諾貝爾化學獎頒發給了John B. Goodenough (古迪納夫),M. Stanley Whittingham (惠廷翰)和Akira Yoshino(吉野彰)三人,表彰他們為鋰離子電池的發展所做出的貢獻。這種可充電電池奠定了如手機和筆記型電腦等無線電子產品的基礎。這也使得一個無石化燃料的世界成為可能,因為它可以使得從驅動電動車到儲存能量裝置的各種工具能運用可再生能源。

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