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美国化学会C&EN:2017年度“十二俊杰”——女神篇

最近,美国化学会(ACS)旗下C&EN 评选出2017年度“十二俊杰(The Talented 12)”人物榜。这是一支平均年龄只有34岁的年轻队伍,每个人在化学领域的成绩都引人瞩目。他们来自七个不同的国家,分属十二个研究方向,有高等院校的教授,也有研发公司的骨干,还有厚积薄发的创业者,决心以化学改变世界,来挑战当今全球面临的难题。


本着女士优先的原则,我们先介绍入选的五位“化学女神”。


Corinna Schindler


图片来源:C&EN


年龄:36

出生地:德国斯瓦本哈尔

毕业院校:瑞士联邦理工学院

目前效力:美国密歇根大学


人物小传


坊间流传着这样一个笑话,实验室的学姐在婚礼的前一天仍忙着做实验,并关照大家仪器正在运行,婚礼结束后马上回来。这样的故事在Corinna Schindler看来或许并不足为奇。对于大多数人来讲,完成博士答辩后意味着求学生涯的圆满收场,接踵而来的应是欢歌笑语的庆祝与聚会,然而Corinna Schindler在博士答辩结束后的当天却告诉自己的导师Erick Carreira,希望下午可以继续完成几个重要的实验。起初Erick Carreira教授以为自己的学生只是在说笑,下午在实验室却如约看到Corinna Schindler忙碌的身影。Erick Carreira教授评价Corinna Schindler是自己见过的最为勤奋刻苦的学生,她不仅拥有敏锐的科学思维,而且会为自己每天的工作做好周密的计划。面对科学研究中遇到的种种挑战,Corinna Schindler总会勇于面对,从不退缩。


Corinna Schindler毕业于瑞士联邦理工学院,目前在美国密歇根大学开展独立研究工作。研究方向是发展新的有机合成方法学,反应中利用廉价易得的试剂,通过简单的操作完成目标分子的高效转化,并可扩大规模实现工业化生产,与此同时不会对环境造成负面影响,切实服务于材料及医药行业。


Corinna Schindler实验室其中一个研究重点是以其他成本低而丰富的试剂代替贵金属催化剂完成相应的催化过程。最近她们报道了Fe(III)催化剂参与的羰基化合物-烯烃的复分解反应(点击阅读相关),以往实现这一过程需要使用化学计量的Mo(IV)过渡金属络合物。Corinna Schindler及其团队以廉价易得的FeCl3代替以上昂贵的过渡金属络合物,并仅以5%的催化剂负载量构建了催化循环过程,在交叉复分解反应的研究领域中迈出了重要的一步。他们还希望能够借助这一方法完成复杂药物分子的合成,并在药物生产中发挥真正意义的功效。


如今作为一名博士生导师,Corinna Schindler经常指导自己的学生要敢于打破常规,并给予自己足够的试错机会。有机化学是一个博大精深的学科,一个人很难在有限的时间内面面俱到,而发现与尝试的过程便是在不断取得进步。


研究概览


图片来源:C&EN


Corinna Schindler致力于以廉价丰富的试剂代替贵金属催化剂完成相应的催化反应,她们设计的Fe(III)催化剂参与的羰基化合物-烯烃的复分解反应,规避了使用化学计量的昂贵过渡金属络合物。


三篇代表论文:

“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


图片来源:C&EN


年龄:34

出生地:美国新泽西州萨米特

毕业院校:美国加州理工学院

目前效力:美国北卡罗来纳大学教堂山分校


人物小传


新泽西州拥有全美最完善发达的制药产业,世界上最大的21家制药和医疗技术公司的总部均设立在新泽西。Jillian Dempsey从小耳濡目染,努力学习并希望将来可以从事药物研发工作。而当步入大学,站在人生的十字路口时,她却毅然决然选择了物理无机化学专业。这一抉择看似与药物研发相去甚远,或许在Jillian Dempsey看来,治疗人类对化石燃料的“依赖症”似乎更具有现实意义。


Jillian Dempsey目前就职于北卡罗来纳大学教堂山分校,她的团队正致力于研发新一代的人工光合作用催化剂。与自然界中存在的光合作用一样,这种催化剂可以在太阳光的作用下将水和二氧化碳转化为储能丰富的物质。不同之处在于,植物在光合作用暗反应阶段产生糖类化合物,而Jillian Dempsey研究的催化剂则可以催化产生氢气、甲烷等燃料。


现阶段的交通运输业,无论在海上、陆地还是空中,分子燃料(特别是烃类)仍然占据能源主导地位。尽管太阳能飞机、电动车等新型设备也在努力开发中,但使用庞大的太阳能板以及沉重的电池往往会拖行其运输效率、续航能力、性价比及使用便利性等诸多方面,而利用可再生能源生产分子燃料则是一个不错的选择。Jillian Dempsey设计的人工光合作用正是为了解决这一问题反应中涉及质子偶合的电子转移过程,利用廉价、储量丰富的水和二氧化碳作为原料可产生氢气或甲烷。与此同时她还结合电化学与光谱分析手段,设计了不同催化剂并研究其对人工光合作用的影响。


加州理工学院的Harry B. Gray教授在电子转移化学研究中颇有建树,作为Jillian Dempsey的博士生导师,他评价自己的学生设计了一种高效的人工光合作用催化剂,并已深谙储能物质转化反应的本质,而相关技术也将为化工能源领域带来巨大的贡献。尽管人工光合作用距离应用于工业生产还有很长的路要走,但这种方法对相关研究领域的发展具有十分重要的借鉴意义。目前Jillian Dempsey正努力寻找更为廉价的钴、镍催化剂代替使用贵金属铂实现以上过程。


研究概览


图片来源:C&EN


Jillian Dempsey设计的人工光合作用可以从廉价、储量丰富的原料出发,通过高效的催化转化得到储能物质氢气。图中展示了构思精巧的催化剂结构及其催化析氢反应的过程。


三篇代表论文:

“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 pKa for 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


图片来源:C&EN


年龄:35

出生地:美国加利福尼亚州费雷斯诺

毕业院校:美国加州大学伯克利分校

目前效力:美国明尼苏达大学双城分校


人物小传


古今学者中弃理从文者并不罕见,而弃文从理者少之又少,Renee Frontiera则是这少数派中的一员。谈及Renee Frontiera如何走上化学研究的道路,或许要从她儿时的化学启蒙说起。Renee Frontiera出生于美国的威斯康星州,父母每年圣诞节都会带她参加威斯康星大学举办的化学主题展活动。她回想起自己有一次观看了Bassam Shakhashiri教授精心准备的挚爱假期主题展会,第一次让她从化学中感受到了无穷的乐趣。然而那时她并没有想过将化学纳入自己的职业规划,本科阶段在美国卡尔顿学院主修中文专业(是的,你没看错,最初的专业是中文!),与此同时只是参加了化学课程的学习,却没想到自己与光谱学结下了不解之缘。本科毕业获取文、理双学位后,她不假思索地选择了加州大学伯克利分校继续攻读化学专业,从事光谱分析的相关研究(或许中文太难也是一个原因......


Renee Frontiera认为自己可以通过不同的光谱分析手段了解化学反应中分子的作用机制,从而对化学的本质得到更为深入的理解,这便成为她孜孜不倦专注于该领域研究的动力。博士后研究期间,Renee Frontiera首次报道了将超快拉曼光谱与超灵敏度表面增强拉曼光谱技术结合,用于测量飞秒级的分子运动。


如今在明尼苏达大学双城分校成立了自己的实验室,Renee Frontiera正从事超分辨拉曼光谱显微镜的相关研究,用于分析细胞及其他物质的纳米水平特征。这种组合技术能以纳米级分辨率得到待测样品的重要化学信息,相比传统的光学显微技术,测试过程中无需对分子进行荧光标记,由此大大拓展了待测分子的适用范围。例如,她们可以利用该方法成功观测到细胞膜的结构如何随时间发生变化。除此之外,Renee Frontiera还设想将这种新型的光谱技术应用于太阳能电池的性能研究。


随着光阴流转,Renee Frontiera也在年复一年的学习和工作中变换了角色,如今轮到她站在校园展会的讲台前为来访的小学生演示热力学第一定律实验。她乐于在闲暇之余参与到化学科普活动中,并将其视为自己工作中重要的一部分。


研究概览


图片来源:C&EN


图中展示了Renee Frontiera设计的超分辨拉曼光谱显微镜的测试原理,该方法利用两组激光分别作为泵浦与探针激发拉曼光谱信号产生,并利用第三组环形激光束进行信号压制,屏蔽环中心以外的拉曼光谱信号,从而得到超分辨拉曼光谱。相比以往的衍射受限成像系统,这种新型的技术可以大大提高光谱的空间分辨率。


三篇代表论文:

“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


图片来源:C&EN


年龄:32

出生地:菲律宾奎松

毕业院校:美国西北大学

目前效力:美国加州大学戴维斯分校


人物小传


或许是受到西方折衷主义哲学的影响,Marie Heffern绝不会按照一成不变的模式去面对生活,她希望自己的世界充满多种可能性。Marie Heffern的兴趣爱好广泛,工作之余喜欢攀岩、越野摩托等冒险运动。她精通三种古希腊方言,而且还是个烹饪能手。在厨房中,她不会按照已有的食谱循规蹈矩地为自己做一顿饭,而是喜欢根据冰箱里剩余的食物进行创意搭配。这种生活方式同时也造就了Marie Heffern在科研工作中的态度,她不会拘泥于固定的方向开展研究,喜欢挑战任何感兴趣的研究领域。


作为一名生物无机化学的研究工作者,Marie Heffern在研究生阶段主要从分子水平研究微量元素在生物体中的作用。她借助光谱分析、量热法以及晶体表征等一系列分析手段深入探究了钴元素如何影响生物体内与癌细胞转移相关的转录因子蛋白。从事博士后研究时,她又借助荧光标记的方法跟踪小鼠体内微量元素铜的作用机制,并发现患有非酒精性脂肪肝的小鼠肝脏区域的铜元素严重匮乏。世界上约有20%的人口患有不同类型及程度的肝脏疾病,Marie Heffern的工作无疑对治疗肝脏疾病的问题具有重要的意义。


目前Marie Heffern在美国加州大学戴维斯分校从事独立研究工作,现阶段的研究重点是微量元素在生物体内激素调节方面的重要作用,包括胰岛素、催产素等多肽激素如何结合微量元素作用于不同脏器。除此之外,他们还着重关注饮食摄入的微量元素在基因水平对人体的影响,以期用来指导治疗肥胖及其他激素相关的疾病。


Marie Heffern的研究内容同样不会仅局限于当前炙手可热的领域,她还会时常翻阅年限久远的文献从中寻找仍旧需要攻克的难题。她认为随着科学技术的发展,人们在认知与解决问题的能力方面都会有进一步的提高,利用现代分析手段,一定可以对以往的研究发现做进一步的补充及更深刻的理解。


研究概览


图片来源:C&EN


Marie Heffern的研究内容包括微量元素对生物体内激素调节的重要作用,图中展示了她在博士后研究阶段的工作。为了追踪微量元素铜在小鼠体内的作用机制,她通过基因工程使小鼠体内产生荧光素酶,并对其注射糖蛋白CCL-1。铜在小鼠体内辅助将CCL-1转化为荧光素,经荧光素酶氧化形成发光强烈的氧化荧光素。


三篇代表论文:

“In Vivo Bioluminescence Imaging Reveals Copper Deficiency in a Murine Model of Nonalcoholic Fatty Liver Disease” (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2016, DOI: 10.1073/pnas.1613628113)

“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


图片来源:C&EN


年龄:37

出生地:法国阿让特伊

毕业院校:美国北卡罗来纳州立大学

目前效力:美国布罗德研究所


人物小传


由于精神疾病很难彻底治愈,很多大型医药研发公司都放弃了对这一领域的大量投入。目前已有的抗精神病药物仍基于传统的生物作用机制,其诊疗手段的适用人群有限,并且常伴随着不可控的副作用。推进研发新型作用机制的抗精神病类药物势在必行。作为美国布罗德研究所斯坦利精神病学研究中心的药物化学研究室主任,Florence Wagner便毅然决然地加入这一队伍中,联合自己的团队正重新启动精神疾病研究的重大项目。


他们设想采取革新的手段重新寻找抗精神病药物的靶标作用方式,由于相关靶点蛋白与其他蛋白的结构及性质十分相似,给药作用时常伴随着非靶标的拮抗阻断。Florence Wagner及其团队首先通过高通量筛选的方法搜寻对相关靶点蛋白具有高选择性的候选药物,随后进一步探究对靶标作用强劲的分子。最近,他们开发出一种可以选择性抑制糖原合成酶激酶3(GSK3)的药物,这种酶是锂盐治疗双相精神障碍作用机制的可能靶标,具有两种不同的形式。以往发展的抑制剂会同时作用于GSK3的两种形式,由此引发严重的细胞毒性。研究表明,选择性抑制其中的一种可以有效避免毒副作用的产生。


目前Florence Wagner研究组已开放权限与其他研究人员分享这种药物,希望群策群力更深入了解GSK3与其他精神疾病的联系。与此同时,斯坦利精神病学研究中心的其他研究人员正致力于进一步研究引发精神疾病的生物作用机制,从而发现新的药物作用靶标。


为此斯坦利精神病学研究中心的首席科学家、默克公司前总裁Edward Scolnick提到,抗精神病药物的研究在医药研发行业是块烫手山芋,其他研发集团都避之不及,然而Florence Wagner却秉持坚定的信念接下了这一任务。Florence Wagner也同样认为这可能是一场持久战,但面对那些急需治疗的精神病患者,自己肩负着义不容辞的责任。探索之路,道阻且长,Florence Wagner仍热切期待攻克精神病的那天早日到来。


研究概览


图片来源:C&EN


GSK3是双相精神障碍及其他精神疾病的可能作用靶标,Florence Wagner及其团队设计了一种药物分子BRD-1652,可以选择性抑制GSK3,但不与CDK2、CDK9等脑外的其他相关酶发生作用,显著降低了细胞毒性。


三篇代表论文:

“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)


(未完待续,请继续阅读“男神篇”)


内容编译自:http://talented12.cenmag.org/


(本文由夜若岚尘供稿)


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