诺贝尔化学奖系列（二）——结构大师辈出的30年
第一季汇总了1901-1920年的18位获奖者的成就，是开派祖师级别，基本上每一个得主的成就都奠定了一个学科的基础。
此为第二季，汇总了从1921-1950年的33位得主的成就，约有50%是结构分析方向的大师。
1921 年
弗雷德里克・索迪（Frederick Soddy，1877.09.02-1956.09.22），英国人
获奖原因：因其在放射性物质化学领域知识体系的贡献，以及对同位素起源与性质的研究。
主要成就： 1896 年放射性现象被发现后，相关研究陆续展开。弗雷德里克・索迪发现，并非所有放射性物质都是独特的元素，其中部分物质实则是已知元素的变体。换言之，某些原子可能具备相同的化学性质，但在放射性表现上却存在差异。1913 年，索迪为这一现象引入了专属术语——他提出，一种物质可存在不同的 “同位素”。研究还发现，这些不同的同位素具有不同的原子量。
1922 年
弗朗西斯・威廉・阿斯顿（Francis William Aston，1877.09.01-1945.11.20），英国人
获奖原因：因其借助质谱仪发现大量非放射性元素的同位素，并阐明整数法则。
主要成就： 当人们明确元素可存在不同同位素（即同一种元素能以原子量不同的变体形式存在）后，弗朗西斯・阿斯顿于 1919 年研发出质谱仪，用于测定不同同位素的分布。在质谱仪中，原子束借助电场在真空管内生成；当原子束穿过电场与磁场时，较轻的同位素比偏重的同位素偏转程度更大。阿斯顿由此得出结论：同位素的原子量非常接近某个基本单位的整数倍（即 “整数法则”）。
1923 年
弗里茨・普雷格尔（Fritz Pregl，1869.09.03-1930.04.13），奥地利人
获奖原因：因其发明了有机物质微量分析法。
主要成就： 在自然界中，生物体由种类极为丰富的化合物构成，而碳元素是这些化合物的共同组成成分。测定这些化合物的成分，是化学领域内极具重要性的课题。20世纪10年代，弗里茨・普雷格尔研发出了实现这一目标的分析方法。通过巧妙设计的仪器与实验流程，他成功实现了对 “远少于以往所需用量” 的物质进行精准成分测定——这一突破在生理学研究场景中尤为重要。
1924 年 未颁发
1925年
里夏德・阿道夫・席格蒙迪（Richard Adolf Zsigmondy，1865.04.18-1929.09.29），德国人
获奖原因：因其证实了胶体溶液的非均相性质，以及他所采用的研究方法 —— 这些方法此后成为现代胶体化学的基础。
主要成就： 在化学领域，被高度分散于另一种物质中的极微小颗粒被称为胶体。胶体颗粒的尺寸极小，无法通过普通显微镜观察到。1902 年，里夏德・席格蒙迪提出了一个关键构想，该构想催生出了超显微镜——这种仪器通过沿 “与观察视角垂直的方向” 照射待研究样品，使观察极微小颗粒成为可能。席格蒙迪借助超显微镜证实了胶体的非均相结构：胶体中虽含有微小颗粒，但这些颗粒的尺寸并不均一。
1926年
特奥多尔・斯韦德贝里（Theodor Svedberg，1884.08.30-1971.02.15），瑞典人
获奖原因：因其在分散体系领域的研究工作。
主要成就： 爱因斯坦提出的布朗运动理论——即液体中微小颗粒的无规则运动 —— 指出，这种运动是由颗粒与分子之间的碰撞引起的。特奥多尔・斯韦德贝里的研究为该理论提供了有力佐证，进而证明了分子的客观物理存在。1925 年，他还研发出了超速离心机：这种设备能以极高的转速旋转含有不同物质的混合物，使密度更大的物质被甩向外侧边缘；随后通过一系列测量，便可计算出不同分子的分子量。
1927年
海因里希・奥托・威兰（Heinrich Otto Wieland，1877.06.04-1967.08.05），德国人
获奖原因：因其对胆汁酸及相关物质结构的研究。
主要成就： 人体维持正常生理功能的众多过程，涉及多种不同物质的参与。胆汁酸在肝脏中合成，经胆囊分泌后进入十二指肠。20 世纪 20 年代初，海因里希・威兰对胆汁酸展开研究，并明确了其化学组成。其中，他的研究成果尤为重要的一点是，助力阐明了胆汁酸在 “肠道对多种物质的吸收利用” 过程中所发挥的作用。此外，威兰还对蟾蜍毒素（一种由多种蟾蜍分泌的有毒物质）进行了研究，而这种毒素与胆汁酸具有化学关联性。
1928年
阿道夫・奥托・赖因霍尔德・温道斯（Adolf Otto Reinhold Windaus，1876.12.25-1959.06.09），德国人
获奖原因：因其在固醇类物质结构及固醇与维生素关联性研究中所作出的贡献。
主要成就： 胆固醇是人体细胞的重要组成成分，在多项生化过程中发挥关键作用。20 世纪 20 年代，阿道夫・奥托・赖因霍尔德・温道斯对胆固醇及与其密切相关的一类物质——固醇（sterols）的结构展开研究。他明确了固醇类物质与胆汁酸之间的关联。此外，温道斯还发现，另一种固醇类物质 “麦角固醇”（ergosterol）具有治疗佝偻病的功效：佝偻病的典型症状为骨骼发育不良，其病因是维生素 D 缺乏。他通过研究证实，麦角固醇在紫外线照射下可转化为维生素 D。
1929年（两人）
阿瑟・哈登（Arthur Harden，1865.10.09-1940.06.17），英国人
获奖原因：因其在糖发酵及发酵酶领域的研究。
主要成就：糖发酵转化为酒精的过程，是制作面包、啤酒与葡萄酒的基础。此前爱德华・毕希纳已发现，发酵过程由酵母真菌产生的化学物质——酶（enzymes）驱动，但该过程涉及的具体细节仍有待阐明。起初，人们认为发酵仅由一种单一酶催化，但当阿瑟・哈登用极细的滤膜过滤酵母提取物时，他发现了两种对发酵过程均不可或缺的不同物质：一种是真正的酶（主酶），另一种是辅酶（coenzyme）。此外，他还证实，磷酸在发酵过程中同样发挥着重要作用。
汉斯・冯・奥伊勒・切尔平（Hans von Euler-Chelpin，1873.02.15-1964.11.08），德国/瑞典人
获奖原因：因其在糖发酵及发酵酶领域的研究。
主要成就：此前，阿瑟・哈登已证实：糖发酵过程既需要一种酵母主酶，也需要一种辅酶，且磷酸在该过程中发挥着重要作用；在此基础上，汉斯・冯・奥伊勒・切尔平及其团队在 20 世纪 10 至 20 年代，进一步深入研究，对糖发酵过程形成了更为详尽的认知。
1930年
汉斯・费歇尔（Hans Fischer，1881.07.27-1945.03.31），德国人
获奖原因：因其对血红素（haemin）和叶绿素（chlorophyll）结构的研究，尤其是在血红素人工合成方面的成就。
主要成就：氧气供应是人体细胞新陈代谢的必要前提。氧气通过血液运输，具体而言是由血液中赋予其红色的物质 — 血红蛋白（hemoglobin）负责转运。血红蛋白由珠蛋白（globin）和所谓的 “血红素基团”（hem group）构成。汉斯・费歇尔解析了血红素基团的化学结构，并于 1929 年成功通过人工方式合成了血红素。此外，他还研究了其他具有重要生物学意义的色素类物质，其中就包括在植物光合作用中发挥关键作用的叶绿素。
1931年（两人）
卡尔・博施（Carl Bosch，1874.08.27-1940.04.26），德国人
获奖原因：以表彰二人在化学高压方法的发明与发展方面所作出的贡献。
主要成就：在弗里茨・哈伯研发出 “由氮气和氢气合成氨” 的方法（氨可进一步用于制造人工肥料）之后，亟待解决的问题是将这一实验室方法转化为工业化生产流程。氮气与氢气这两种气体发生反应需要高压条件。1913 年前后，卡尔・博施研发出一种专用设备：该设备采用了耐受压力与温度性能各不相同的多种钢材，最终实现了高效的氨工业化合成。这一高压技术成果后来还被应用于其他化学工业生产流程中。
弗里德里希・卡尔・鲁道夫・贝吉乌斯（Friedrich Karl Rudolf Bergius，1884.10.11-1949.03.30），德国人
获奖原因：以表彰二人在化学高压方法的发明与发展方面所作出的贡献。
主要成就：化石燃料（煤炭、石油、天然气）中蕴含的能量可通过燃烧转化为其他形式的能量。其中，固态煤炭主要由纯净形态的碳元素构成，而石油则富含碳氢化合物（由碳和氢组成的化合物）。1913 年，弗里德里希・贝吉乌斯研发出一种将固态煤炭 —— 褐煤（lignite）—— 转化为液态油的方法。该方法的核心是：在高压条件下使煤炭与氢气接触，进而生成碳氢化合物。这一工艺后来主要被用于生产汽车等交通工具所需的燃料。
1932年
欧文・朗缪尔（Irving Langmuir，1881.01.31-1957.08.16），美国人
获奖原因：因其在表面化学领域的发现与研究。
主要成就：化学反应在 “不同物相物质（如固体与气体）接触的表面” 附近往往更容易发生。欧文・朗缪尔在对 “充有稀薄氢气的白炽灯” 进行研究时发现，灯泡内壁会形成一层仅一个原子厚度的氢原子层。通过对油膜及其他物质的进一步研究，他于 1917 年提出了一项理论：该理论认为，物质表面类似于一张棋盘，棋盘上的每个 “格子” 只能容纳一个原子或分子。这一结构使得相邻的原子或分子更容易相互发生反应。
1933年 未颁发
1934年
哈罗德・克莱顿・尤里（Harold Clayton Urey，1893.04.29-1981.01.05），美国人
获奖原因：因其发现了重氢。
主要成就：元素会以多种同位素的形式存在——同位素即原子量不同的同种元素变体。哈罗德・克莱顿・尤里曾提出疑问：作为最小原子的氢元素，是否也存在不同同位素？他还通过计算，推测出若氢存在同位素，其结构应具备何种特征。1932 年，尤里通过液态氢蒸馏的方法，提取出一种氢同位素：这种同位素的重量是普通氢的两倍，被命名为 “氘（deuterium）”。后续研究证实，含有氘的水（即所谓的 “重水”）具有与普通水不同的化学性质；而在核技术领域，氘也通过多种方式展现出了重要应用价值。
1935年（两人，夫妻获奖）
让・弗雷德里克・约里奥 - 居里（Jean Frédéric Joliot-Curie，1900.03.19-1958.08.14），法国人
伊伦・约里奥 - 居里（Irène Joliot-Curie，1897.09.12-1956.03.17），法国人，母女均获诺奖（母亲玛丽・居里）
获奖原因：以表彰二人在人工合成新放射性元素方面的贡献。
主要成就：放射性物质释放的辐射，也成为研究原子结构的重要工具。1934 年，让・弗雷德里克・约里奥与伊伦・约里奥・居里用 α 粒子（即氦原子核）轰击一块薄铝片时，发现了一种新型辐射——这种辐射能在 “云室”（一种实验装置）内部留下轨迹。二人还观察到一个关键现象：即使移除辐射源，铝片释放的辐射仍会持续。这一现象的原因在于，铝原子在 α 粒子轰击下，已转化为磷的一种放射性同位素。这一成果意味着，人类历史上首次通过人工方式制造出了放射性元素。
1936年
彼得・约瑟夫・威廉・德拜（Peter Joseph William Debye，1884.03.24-1966.11.21），荷兰/美国人
获奖原因：因其通过对分子偶极矩及气体中 X 射线与电子衍射的研究，为人类理解分子结构作出的贡献。
主要成就：化学领域最重要的研究目标之一，便是探明分子的具体形态——即分子内部的结构排布方式。1912 年，彼得・约瑟夫・威廉・德拜研发出一种用于测定 “分子内电荷分布” 的方法，该方法成为解析分子结构的重要工具。与此同时，X 射线已逐渐成为解析晶体结构的关键手段；不仅如此，德拜还研发出了可利用 X 射线与电子束（例如）解析气体中分子结构的方法。
1937年（两人）
沃尔特・诺曼・霍沃思（Walter Norman Haworth，1883.03.19-1950.03.19），英国人
获奖原因：因其在碳水化合物及维生素 C 领域的研究。
主要成就：人体要实现正常生长与生理功能运转，除碳水化合物、蛋白质和脂肪外，还需要水、无机盐以及一类被称为 “维生素” 的物质。诺曼・霍沃思致力于碳水化合物的组成研究，1928 年前后，他解析了糖、淀粉、纤维素等多种碳水化合物的组成与分子结构。1933 年，霍沃思还确定了维生素 C 的分子结构—维生素 C 是预防坏血病（scurvy）不可或缺的物质。这些研究成果，尤其为维生素 C 的人工合成奠定了基础。
保罗・卡勒（Paul Karrer，1889.04.21-1971.06.18），瑞士人
获奖原因：因其在类胡萝卜素、黄素类物质及维生素 A、维生素 B2 领域的研究。
主要成就： 1931 年，保罗・卡勒成功从鱼肝油中提取出维生素 A，并确定了其化学组成。维生素 A 是人体生长发育必需的物质，类胡萝卜素是其组成成分之一。维生素 A 也成为首个完成结构解析的维生素。1933 年，卡勒还确定了维生素 B2 的分子结构，这一成果为维生素 B2 的人工合成提供了可能。
1938年
里夏德・库恩（Richard Kuhn，1900.02.03-1967.08.01），德国人
获奖原因：因其在类胡萝卜素及维生素领域的研究工作。
主要成就： 类胡萝卜素中的 “胡萝卜素”（常见于胡萝卜等食物中）是维生素 A 的构成单元，而维生素 A 是人体生长发育必需的物质。在与其他研究者共同发现两种不同类型的胡萝卜素后，理查德・库恩于 1933 年证实了第三种胡萝卜素的存在。此外，库恩还对 “类胡萝卜素” 这一类相关物质展开了重要研究。他研发的色谱技术，在物质的分离与纯品制备过程中发挥了关键作用。同时，库恩在维生素 B2 与维生素 B6 领域也开展了具有重要意义的研究工作。
1939年（两人）
阿道夫・弗里德里希・约翰・布特南特（Adolf Friedrich Johann Butenandt ，1903.03.24-1995.01.18），德国人
获奖原因：因其在性激素领域的研究工作。
主要成就： 激素是一类能在人体细胞与器官间传递信号，并调节生理功能的物质。20 世纪 30 年代，阿道夫・布滕坦为解析多种 “分别作用于男性与女性的特异性激素” 的结构作出了贡献。在确定女性性激素 “雌激素（estrogen）” 的化学组成后，他进一步解析出了雌激素及与其相关的激素 “雌三醇（estriol）” 的分子结构。此外，他还首次成功制备出高纯度的男性性激素，并确定了其化学组成 —— 这种激素被命名为 “雄酮（androsterone）”。
拉沃斯拉夫・斯捷潘・鲁日奇卡（Leopold Stephen Ruzicka，1887.09.13-1976.09.26），瑞士人
获奖原因：因其在聚亚甲基及高级萜烯领域的研究工作。
主要成就： 萜烯是一类庞大且多样的物质家族，其成员既包括橡胶、溶剂松节油，也涵盖人体血液中的胆固醇。拉沃斯拉夫·斯捷潘·鲁日奇卡最初研究香水所含的芳香物质，并逐渐对 “这些芳香物质与其他物质的关联” 产生兴趣。20 世纪 20 年代中期，他得出一项关键结论：这类物质（指芳香物质及相关萜烯类物质）均由相同的结构单元——萜烯异戊二烯（isoprene）构成。此外，鲁日奇卡通过对胆固醇分子进行结构修饰，成功制备出男性性激素雄酮（androsterone）；随后他还证实，睾酮（testosterone）同样可由胆固醇合成而来。
1940-1942年未颁发
1943年
乔治・查尔斯・德海韦西（George Charles de Hevesy，1885.08.01 -1966.07.05），瑞士人（原国籍匈牙利，1944 年移民后入瑞士籍，获奖时为瑞士籍）
获奖原因：因其在“将同位素用作示踪剂研究化学过程”领域的工作贡献。
主要成就：要理解生物体的运作机制，追踪不同元素在各类过程中的变化轨迹至关重要。1913 年，乔治・德海韦西尝试从铅中分离镭的一种同位素却未能成功，此次尝试让他意识到：可用这种镭同位素为铅 “标记”。由于镭具有放射性，他通过测量镭释放的辐射，就能研究铅在不同过程中的运动路径。1923 年，德海韦西发表了首批运用该方法的研究成果。此后，这种 “同位素示踪法” 在化学与生物学领域逐渐发挥起关键作用。
1944年
奥托・哈恩（Otto Hahn，1879.03.08-1968.07.28），德国人 因发现核裂变获诺奖，其成果后被用于军事领域，存在衍生争议。
获奖原因：因其发现了重核裂变现象。
主要成就：1932 年中子的发现，为原子研究提供了一种强大的新型工具。1939 年，奥托・哈恩与弗里茨・施特拉斯曼用中子轰击铀元素时，产生了钡元素 —而钡的原子量远小于铀，根本不可能是铀的衰变产物。哈恩的长期合作伙伴莉泽・迈特纳及其侄子奥托・弗里施从理论层面着手研究这一问题，最终证实铀核发生了分裂。这一后来被称为 “裂变” 的现象，在核武器研发与核能开发领域均被证明具有重要意义。
1945年
阿尔图里・伊尔马里・维尔塔宁（Artturi Ilmari Virtanen，1895.09.15-1973.11.11），芬兰人
获奖原因：因其在农业化学与营养化学领域的研究及发明，尤其是在饲料保鲜方法方面的贡献。
主要成就：要实现全年获取营养丰富的食物（在冬季寒冷的国家尤为重要），关键在于保存食物中的营养成分。阿尔图里・维尔塔宁致力于营养成分的化学研究，研究范围也包括乳制品加工过程中的营养相关问题。1932 年，他研发出一种能更好保存干草中营养成分的方法：通过使用盐酸与硫酸，抑制干草中的某些化学反应，从而保留牧草中的蛋白质与维生素。这一方法帮助奶牛在无需依赖进口饲料的情况下，全年都能产出营养更丰富的牛奶。
1946年（3人）
詹姆斯・巴彻勒・萨姆纳（James Batcheller Sumner，1887.11.19-1955.08.01），美国人
获奖原因：因其发现酶可被结晶。
主要成就：19 世纪末，人们已明确生化过程不一定需要活细胞参与，而是由细胞内产生的特殊物质——酶（enzymes）驱动。但如何分离出这类酶的纯品，仍是尚未解决的问题。詹姆斯・萨姆纳对 “脲酶（urease）” 展开研究，这种酶能将尿素分解为氨与二氧化碳。1926 年，他成功从一种豆类中分离出具有高活性的晶体。后续研究表明，这些晶体是脲酶的纯品形态，且证实脲酶属于蛋白质。
约翰・霍华德・诺思罗普（John Howard Northrop，1891.07.05-1987.05.27），美国人
获奖原因：因其在酶与病毒蛋白质纯品制备方面的贡献。
主要成就：在詹姆斯・萨姆纳成功分离出脲酶纯品后，约翰・诺思罗普针对其他酶展开了进一步研究。1929 年前后，他成功制备出胃蛋白酶（pepsin）、胰蛋白酶（trypsin）与胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）的纯品晶体，这三种酶均在人体消化过程中发挥活性作用。诺思罗普的研究还证实，这些酶同样属于蛋白质。。
温德尔・梅雷迪思・斯坦利（Wendell Meredith Stanley，1904.08.16-1971.06.15），美国人
获奖原因：因其在酶与病毒蛋白质纯品制备方面的贡献。
主要成就：许多传染病由病毒引起，病毒是一类极其微小的生物颗粒。它们的体积过小，无法在显微镜下直接观察，过去只能通过其引发的症状来识别。温德尔・斯坦利对 “烟草花叶病毒” 展开研究，这种病毒会侵袭烟草植株的叶片。1935 年，他从大量受感染的烟草叶片中，成功提取出纯晶体形态的烟草花叶病毒。通过进一步研究，斯坦利证实该病毒由蛋白质与核糖核酸（即 RNA）构成。
1947年
罗伯特・鲁宾逊（Robert Robinson，1886.09.13-1975.02.08），英国人
获奖原因：因其对具有重要生物意义的植物产物（尤其是生物碱）的研究。
主要成就：生物碱是一类由植物产生的含氮物质，通常对人体具有强效作用。这类物质包括奎宁、可卡因、吗啡、士的宁与阿托品等。罗伯特・罗宾逊发现，氨基酸在植物合成生物碱的过程中发挥着重要作用。1917 年，他成功用三种更简单的分子合成出托品酮类生物碱。此前制备这类物质的方法，需要经过多步复杂反应；而罗宾逊的研究成果，对化学、生物学与医学领域均产生了重要影响。
1948年
阿尔内・威廉・考林・蒂塞利乌斯（Arne Wilhelm Kaurin Tiselius，1902.08.10-1971.10.29），瑞典人
获奖原因：因其在电泳与吸附分析领域的研究，尤其是在揭示血清蛋白质复杂性质方面的发现。
主要成就：若在一张湿润的滤纸上施加电场，且滤纸上滴有几滴含带电分子的溶液，这些分子便会沿电场方向开始迁移。20 世纪 30 年代，阿尔内・蒂塞利乌斯研发出一种名为 “电泳” 的方法，正是利用这一现象实现了不同物质的相互分离。这种分离之所以能实现，是因为不同分子的带电强度不同，导致其迁移速度存在差异。如今，该方法已成为化学分析领域的重要工具。
1949年
威廉・弗朗西斯・吉奥克（William Francis Giauque，1895.05.10-1982.03.29），美国人
获奖原因：因其在化学热力学领域的贡献，尤其在物质于极低温下的行为研究方面。
主要成就：热力学研究的是热及其向其他形式能量的转化，本质上涉及对原子与分子运动的统计描述。熵是热力学中一个重要但难以理解的概念，它用于衡量系统的无序程度。热力学第三定律指出，当绝对温度降至零时，完美晶体的熵值为零。1933 年，威廉・吉奥克利用磁场实现了极低温环境，并为该定律的有效性提供了证据支持。
1950年（两人）
奥托・保罗・赫尔曼・迪尔斯（Otto Paul Hermann Diels，1876.01.23-1954.03.07），德国人
库尔特・阿尔德（Kurt Alder，1902.07.10-1958.06.20），德国人
获奖原因：因其发现并发展了双烯合成法。
主要成就：碳元素是庞大且多样的化合物家族——有机化合物的核心组成部分。双烯（dienes）是一类碳氢化合物，其分子中含有两个双键，即两个碳原子共享两对电子。1928 年，奥托・迪尔斯与库尔特・阿尔德发现了一种反应：在该反应中，一个双烯分子可转化为含六个碳原子的环状分子。这种反应在化学工业领域具有重要意义，例如，它是塑料与合成橡胶生产过程中的关键环节之一。
最后附一张大师们的照片。
来源：有机化学本质