美國化學會C＆EN：2017年度「十二俊傑」——女神篇

知識 08-27

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最近，美國化學會（ACS）旗下C&EN評選出2017年度「十二俊傑（The Talented 12）」人物榜。這是一支平均年齡只有34歲的年輕隊伍，每個人在化學領域的成績都引人矚目。他們來自七個不同的國家，分屬十二個研究方向，有高等院校的教授，也有研發公司的骨幹，還有厚積薄發的創業者，決心以化學改變世界，來挑戰當今全球面臨的難題。

本著女士優先的原則，我們先介紹入選的五位「化學女神」。

Corinna Schindler

圖片來源：C&EN

年齡：36

出生地：德國斯瓦本哈爾

畢業院校：瑞士聯邦理工學院

目前效力：美國密歇根大學

人物小傳

坊間流傳著這樣一個笑話，實驗室的學姐在婚禮的前一天仍忙著做實驗，並關照大家儀器正在運行，婚禮結束後馬上回來。這樣的故事在Corinna Schindler看來或許並不足為奇。對於大多數人來講，完成博士答辯後意味著求學生涯的圓滿收場，接踵而來的應是歡歌笑語的慶祝與聚會，然而Corinna Schindler在博士答辯結束後的當天卻告訴自己的導師Erick Carreira，希望下午可以繼續完成幾個重要的實驗。起初Erick Carreira教授以為自己的學生只是在說笑，下午在實驗室卻如約看到Corinna Schindler忙碌的身影。Erick Carreira教授評價Corinna Schindler是自己見過的最為勤奮刻苦的學生，她不僅擁有敏銳的科學思維，而且會為自己每天的工作做好周密的計劃。面對科學研究中遇到的種種挑戰，Corinna Schindler總會勇於面對，從不退縮。

Corinna Schindler畢業於瑞士聯邦理工學院，目前在美國密歇根大學開展獨立研究工作。研究方向是發展新的有機合成方法學，反應中利用廉價易得的試劑，通過簡單的操作完成目標分子的高效轉化，並可擴大規模實現工業化生產，與此同時不會對環境造成負面影響，切實服務於材料及醫藥行業。

Corinna Schindler實驗室其中一個研究重點是以其他成本低而豐富的試劑代替貴金屬催化劑完成相應的催化過程。最近她們報道了Fe(III)催化劑參與的羰基化合物-烯烴的複分解反應（點擊閱讀相關），以往實現這一過程需要使用化學計量的Mo(IV)過渡金屬絡合物。Corinna Schindler及其團隊以廉價易得的FeCl3代替以上昂貴的過渡金屬絡合物，並僅以5%的催化劑負載量構建了催化循環過程，在交叉複分解反應的研究領域中邁出了重要的一步。他們還希望能夠藉助這一方法完成複雜藥物分子的合成，並在藥物生產中發揮真正意義的功效。

如今作為一名博士生導師，Corinna Schindler經常指導自己的學生要敢於打破常規，並給予自己足夠的試錯機會。有機化學是一個博大精深的學科，一個人很難在有限的時間內面面俱到，而發現與嘗試的過程便是在不斷取得進步。

研究概覽

圖片來源：C&EN

Corinna Schindler致力於以廉價豐富的試劑代替貴金屬催化劑完成相應的催化反應，她們設計的Fe(III)催化劑參與的羰基化合物-烯烴的複分解反應，規避了使用化學計量的昂貴過渡金屬絡合物。

三篇代表論文：

「Mechanistic Investigations of the Iron(III)-Catalyzed Carbonyl-Olefin Metathesis Reaction」 (J. Am. Chem. Soc.,2017, DOI: 10.1021/jacs.7b05641)

「Polycyclic Aromatic Hydrocarbons via Iron(III)-Catalyzed Carbonyl-Olefin Metathesis」 (J. Am. Chem. Soc.,2017, DOI: 10.1021/jacs.7b01114)

「Iron(III)-Catalysed Carbonyl-Olefin Metathesis」 (Nature,2016, DOI: 10.1038/nature17432)

Jillian Dempsey

圖片來源：C&EN

年齡：34

出生地：美國新澤西州薩米特

畢業院校：美國加州理工學院

目前效力：美國北卡羅來納大學教堂山分校

人物小傳

新澤西州擁有全美最完善發達的製藥產業，世界上最大的21家製藥和醫療技術公司的總部均設立在新澤西。Jillian Dempsey從小耳濡目染，努力學習並希望將來可以從事藥物研發工作。而當步入大學，站在人生的十字路口時，她卻毅然決然選擇了物理無機化學專業。這一抉擇看似與藥物研發相去甚遠，或許在Jillian Dempsey看來，治療人類對化石燃料的「依賴症」似乎更具有現實意義。

Jillian Dempsey目前就職於北卡羅來納大學教堂山分校，她的團隊正致力於研發新一代的人工光合作用催化劑。與自然界中存在的光合作用一樣，這種催化劑可以在太陽光的作用下將水和二氧化碳轉化為儲能豐富的物質。不同之處在於，植物在光合作用暗反應階段產生糖類化合物，而Jillian Dempsey研究的催化劑則可以催化產生氫氣、甲烷等燃料。

現階段的交通運輸業，無論在海上、陸地還是空中，分子燃料（特別是烴類）仍然佔據能源主導地位。儘管太陽能飛機、電動車等新型設備也在努力開發中，但使用龐大的太陽能板以及沉重的電池往往會拖行其運輸效率、續航能力、性價比及使用便利性等諸多方面，而利用可再生能源生產分子燃料則是一個不錯的選擇。Jillian Dempsey設計的人工光合作用正是為了解決這一問題，反應中涉及質子偶合的電子轉移過程，利用廉價、儲量豐富的水和二氧化碳作為原料可產生氫氣或甲烷。與此同時她還結合電化學與光譜分析手段，設計了不同催化劑並研究其對人工光合作用的影響。

加州理工學院的Harry B. Gray教授在電子轉移化學研究中頗有建樹，作為Jillian Dempsey的博士生導師，他評價自己的學生設計了一種高效的人工光合作用催化劑，並已深諳儲能物質轉化反應的本質，而相關技術也將為化工能源領域帶來巨大的貢獻。儘管人工光合作用距離應用於工業生產還有很長的路要走，但這種方法對相關研究領域的發展具有十分重要的借鑒意義。目前Jillian Dempsey正努力尋找更為廉價的鈷、鎳催化劑代替使用貴金屬鉑實現以上過程。

研究概覽

圖片來源：C&EN

Jillian Dempsey設計的人工光合作用可以從廉價、儲量豐富的原料出發，通過高效的催化轉化得到儲能物質氫氣。圖中展示了構思精巧的催化劑結構及其催化析氫反應的過程。

三篇代表論文：

「Linear Free Energy Relationships in the Hydrogen Evolution Reaction: Kinetic Analysis of a Cobaloxime Catalyst」 (ACS Catalysis,2016, DOI: 10.1021/acscatal.6b00667)

「Potential-Dependent Electrocatalytic Pathways: Controlling Reactivity with pKafor Mechanistic Investigation of a Nickel-Based Hydrogen Evolution Catalyst」 (J. Am. Chem. Soc.,2015, DOI: 10.1021/jacs.5b08297)

「Photo-Induced Proton-Coupled Electron Transfer Reactions of Acridine Orange: Comprehensive Spectral and Kinetics Analysis」 (J. Am. Chem. Soc.,2014, DOI: 10.1021/ja505755k)

Renee Frontiera

圖片來源：C&EN

年齡：35

出生地：美國加利福尼亞州費雷斯諾

畢業院校：美國加州大學伯克利分校

目前效力：美國明尼蘇達大學雙城分校

人物小傳

古今學者中棄理從文者並不罕見，而棄文從理者少之又少，Renee Frontiera則是這少數派中的一員。談及Renee Frontiera如何走上化學研究的道路，或許要從她兒時的化學啟蒙說起。Renee Frontiera出生於美國的威斯康星州，父母每年聖誕節都會帶她參加威斯康星大學舉辦的化學主題展活動。她回想起自己有一次觀看了Bassam Shakhashiri教授精心準備的摯愛假期主題展會，第一次讓她從化學中感受到了無窮的樂趣。然而那時她並沒有想過將化學納入自己的職業規劃，本科階段在美國卡爾頓學院主修中文專業（是的，你沒看錯，最初的專業是中文！），與此同時只是參加了化學課程的學習，卻沒想到自己與光譜學結下了不解之緣。本科畢業獲取文、理雙學位後，她不假思索地選擇了加州大學伯克利分校繼續攻讀化學專業，從事光譜分析的相關研究（或許中文太難也是一個原因）。

Renee Frontiera認為自己可以通過不同的光譜分析手段了解化學反應中分子的作用機制，從而對化學的本質得到更為深入的理解，這便成為她孜孜不倦專註於該領域研究的動力。博士後研究期間，Renee Frontiera首次報道了將超快拉曼光譜與超靈敏度表面增強拉曼光譜技術結合，用於測量飛秒級的分子運動。

如今在明尼蘇達大學雙城分校成立了自己的實驗室，Renee Frontiera正從事超分辨拉曼光譜顯微鏡的相關研究，用於分析細胞及其他物質的納米水平特徵。這種組合技術能以納米級解析度得到待測樣品的重要化學信息，相比傳統的光學顯微技術，測試過程中無需對分子進行熒游標記，由此大大拓展了待測分子的適用範圍。例如，她們可以利用該方法成功觀測到細胞膜的結構如何隨時間發生變化。除此之外，Renee Frontiera還設想將這種新型的光譜技術應用於太陽能電池的性能研究。

隨著光陰流轉，Renee Frontiera也在年復一年的學習和工作中變換了角色，如今輪到她站在校園展會的講台前為來訪的小學生演示熱力學第一定律實驗。她樂於在閑暇之餘參與到化學科普活動中，並將其視為自己工作中重要的一部分。

研究概覽

圖片來源：C&EN

圖中展示了Renee Frontiera設計的超分辨拉曼光譜顯微鏡的測試原理，該方法利用兩組激光分別作為泵浦與探針激發拉曼光譜信號產生，並利用第三組環形激光束進行信號壓制，屏蔽環中心以外的拉曼光譜信號，從而得到超分辨拉曼光譜。相比以往的衍射受限成像系統，這種新型的技術可以大大提高光譜的空間解析度。

三篇代表論文：

「Ultrafast Surface-Enhanced Raman Probing of the Role of Hot Electrons in Plasmon-Driven Chemistry」 (J. Phys. Chem. Lett.,2016, DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b01453)

「Toward Label-Free Super-Resolution Microscopy」 (ACS Photonics,2016, DOI: 10.1021/acsphotonics.5b00467)

「Surface Enhanced Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy」 (J. Phys. Chem. Lett.,2011, DOI: 10.1021/jz200498z)

Marie Heffern

圖片來源：C&EN

年齡：32

出生地：菲律賓奎松

畢業院校：美國西北大學

目前效力：美國加州大學戴維斯分校

人物小傳

或許是受到西方折衷主義哲學的影響，Marie Heffern絕不會按照一成不變的模式去面對生活，她希望自己的世界充滿多種可能性。Marie Heffern的興趣愛好廣泛，工作之餘喜歡攀岩、越野摩托等冒險運動。她精通三種古希臘方言，而且還是個烹飪能手。在廚房中，她不會按照已有的食譜循規蹈矩地為自己做一頓飯，而是喜歡根據冰箱里剩餘的食物進行創意搭配。這種生活方式同時也造就了Marie Heffern在科研工作中的態度，她不會拘泥於固定的方向開展研究，喜歡挑戰任何感興趣的研究領域。

作為一名生物無機化學的研究工作者，Marie Heffern在研究生階段主要從分子水平研究微量元素在生物體中的作用。她藉助光譜分析、量熱法以及晶體表徵等一系列分析手段深入探究了鈷元素如何影響生物體內與癌細胞轉移相關的轉錄因子蛋白。從事博士後研究時，她又藉助熒游標記的方法跟蹤小鼠體內微量元素銅的作用機制，並發現患有非酒精性脂肪肝的小鼠肝臟區域的銅元素嚴重匱乏。世界上約有20%的人口患有不同類型及程度的肝臟疾病，Marie Heffern的工作無疑對治療肝臟疾病的問題具有重要的意義。

目前Marie Heffern在美國加州大學戴維斯分校從事獨立研究工作，現階段的研究重點是微量元素在生物體內激素調節方面的重要作用，包括胰島素、催產素等多肽激素如何結合微量元素作用於不同臟器。除此之外，他們還著重關注飲食攝入的微量元素在基因水平對人體的影響，以期用來指導治療肥胖及其他激素相關的疾病。

Marie Heffern的研究內容同樣不會僅局限於當前炙手可熱的領域，她還會時常翻閱年限久遠的文獻從中尋找仍舊需要攻克的難題。她認為隨著科學技術的發展，人們在認知與解決問題的能力方面都會有進一步的提高，利用現代分析手段，一定可以對以往的研究發現做進一步的補充及更深刻的理解。

研究概覽

圖片來源：C&EN

Marie Heffern的研究內容包括微量元素對生物體內激素調節的重要作用，圖中展示了她在博士後研究階段的工作。為了追蹤微量元素銅在小鼠體內的作用機制，她通過基因工程使小鼠體內產生熒光素酶，並對其注射糖蛋白CCL-1。銅在小鼠體內輔助將CCL-1轉化為熒光素，經熒光素酶氧化形成發光強烈的氧化熒光素。

三篇代表論文：

「Modulation of Amyloid-β Aggregation by Histidine-Coordinating Cobalt(III) Schiff Base Complexes」 (ChemBioChem.,2014, DOI: 10.1002/cbic.201402201)

「Spectroscopic Elucidation of the Inhibitory Mechanism of Cys2His2 Zinc Finger Transcription Factors by Cobalt(III) Schiff Base Complexes」 (Chem. Eur. J.,2013, DOI: 10.1002/chem.201301659)

Florence Wagner

圖片來源：C&EN

年齡：37

出生地：法國阿讓特伊

畢業院校：美國北卡羅來納州立大學

目前效力：美國布羅德研究所

人物小傳

由於精神疾病很難徹底治癒，很多大型醫藥研發公司都放棄了對這一領域的大量投入。目前已有的抗精神病藥物仍基於傳統的生物作用機制，其診療手段的適用人群有限，並且常伴隨著不可控的副作用。推進研發新型作用機制的抗精神病類藥物勢在必行。作為美國布羅德研究所斯坦利精神病學研究中心的藥物化學研究室主任，Florence Wagner便毅然決然地加入這一隊伍中，聯合自己的團隊正重新啟動精神疾病研究的重大項目。

他們設想採取革新的手段重新尋找抗精神病藥物的靶標作用方式，由於相關靶點蛋白與其他蛋白的結構及性質十分相似，給葯作用時常伴隨著非靶標的拮抗阻斷。Florence Wagner及其團隊首先通過高通量篩選的方法搜尋對相關靶點蛋白具有高選擇性的候選藥物，隨後進一步探究對靶標作用強勁的分子。最近，他們開發出一種可以選擇性抑製糖原合成酶激酶3（GSK3）的藥物，這種酶是鋰鹽治療雙相精神障礙作用機制的可能靶標，具有兩種不同的形式。以往發展的抑製劑會同時作用於GSK3的兩種形式，由此引發嚴重的細胞毒性。研究表明，選擇性抑制其中的一種可以有效避免毒副作用的產生。

目前Florence Wagner研究組已開放許可權與其他研究人員分享這種藥物，希望群策群力更深入了解GSK3與其他精神疾病的聯繫。與此同時，斯坦利精神病學研究中心的其他研究人員正致力於進一步研究引發精神疾病的生物作用機制，從而發現新的藥物作用靶標。

為此斯坦利精神病學研究中心的首席科學家、默克公司前總裁Edward Scolnick提到，抗精神病藥物的研究在醫藥研發行業是塊燙手山芋，其他研發集團都避之不及，然而Florence Wagner卻秉持堅定的信念接下了這一任務。Florence Wagner也同樣認為這可能是一場持久戰，但面對那些急需治療的精神病患者，自己肩負著義不容辭的責任。探索之路，道阻且長，Florence Wagner仍熱切期待攻克精神病的那天早日到來。

研究概覽

圖片來源：C&EN

GSK3是雙相精神障礙及其他精神疾病的可能作用靶標，Florence Wagner及其團隊設計了一種藥物分子BRD-1652，可以選擇性抑制GSK3，但不與CDK2、CDK9等腦外的其他相關酶發生作用，顯著降低了細胞毒性。

三篇代表論文：

「Inhibitors of Glycogen Synthase Kinase 3 with Exquisite Kinome-Wide Selectivity and Their Functional Effects」 (ACS Chem. Biol.,2016, DOI: 10.1021/acschembio.6b00306)

「An Isochemogenic Set of Inhibitors To Define the Therapeutic Potential of Histone Deacetylases in β-Cell Protection」 (ACS Chem. Biol.,2016, DOI: 10.1021/acschembio.5b00640)

「Kinetically Selective Inhibitors of Histone Deacetylase 2 (HDAC2) as Cognition Enhancers」 (Chem. Sci.,2015, DOI: 10.1039/C4SC02130D)

（未完待續，請繼續閱讀「男神篇」）

內容編譯自：

http://talented12.cenmag.org/

（本文由夜若嵐塵供稿）

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