诺贝尔化学奖得主斯托达特：这会是震撼化学界的全新领域

78岁，对于很多人来说已经是颐养天年的年纪。但是对于拿过化学领域最高荣誉——诺贝尔化学奖的弗雷泽·斯托达特（Fraser Stoddart）来说，他的科研生涯仍然在不断加载、充实中。

7月14日，斯托达特撰写的《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，斯托达特提出了“分子纳米拓扑学”这个有些拗口的新概念。

当天，斯托达特接受了世界顶尖科学家论坛（WLF）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。



截图｜WLF独家采访视频

进入分子纳米拓扑学新世界
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。