今年的諾貝爾化學獎將在北京時間10月3日（週三）17時45分發布。每年一次的諾貝爾獎，儼然已經成為科學界的狂歡，引起全世界的關注，而號稱“最正統”的諾貝爾化學獎尤甚。
據統計研究發現，近年來諾貝爾化學獎獲得者年齡呈走高趨勢，20世紀的100年中，諾貝爾化學獎共授予132人，平局年齡55歲。而21世紀以後，諾貝爾化學獎共授予43人，平均年齡67歲（數據來自《化學教育》）。這固然因為現代科研需要的知識和科研難度有所提高，也代表著諾貝爾獎委員會對重大科研突破的認可時間呈現延長趨勢，同時也越發加大了諾貝爾化學獎的預測難度。
從近些年諾貝爾化學獎的頒獎結果來看，諾貝爾化學獎正有一種成為“理科綜合”獎的趨勢，比如去年的化學獎授予“冷凍電鏡”，被認為是給了“物理學家一個化學獎以表彰對生物領域做出的貢獻”。很多朋友認為，化學獎近年來幾乎是最難預測的諾貝爾科學獎。
諾貝爾化學獎預測真的無跡可尋嗎？
作為科學界的“奧斯卡”，各位科研“明星”們的支持者也利用科研特有的嚴謹思維，觀察總結髮現了諾貝爾獎的一些“經驗定律”。這些經驗定律雖然免不了會有例外，但是它們可以為我們的預測提供一些參考。
Tips: 化學界的學術領域分別是: 有機化學，無機化學，分析化學，生物化學，物理化學，理論化學。其中近年來由於生物學的進展迅猛，與之相關的有機化學和生物化學領域顯得極為活躍。而其他領域有逐漸式微的趨勢。
1.隔年領域不重複
經驗表明，同一領域連續兩年獲得諾貝爾化學獎的概率很低。
這或許是唯一一個諾貝爾委員會委員同意的經驗定律：Claes Gustafsson（現任主席）曾在2015年的諾貝爾化學獎記者會上說過，2年連續相近領域的可能性很低。但是值得關注的是，這一經驗定律曾在2008和2009年被生物化學打破（打破經驗定律的逆天存在）。根據這一經驗定律，2017年的化學獎歸屬於生物化學領域的“冷凍電鏡”，今年生物化學領域的概率會比較低。
2.有機化學的週期律
經驗表明，有機化學的獲獎週期在5年左右。
距今最近的一次有機領域諾貝爾化學獎在2016年時被授予“分子機器”，以這一條來看，今年還未滿足經驗週期，因此在選擇候選者時我們同樣會下調有機化學領域的權重。
3.物理化學，分析化學，理論化學，有機化學的概率統計
經驗表明，分析化學與理論化學獲獎的間隔比較長，物理化學與無機化學領域則很少獲獎。
如今分析化學和理論化學已經越來越密不可分了，理論化學近些年的突出成果很多都與分析化學有關。
4.諾貝爾委員會成員背景
大家都知道，任何評獎活動與會與評審的個人喜好有一定聯繫，諾貝爾獎同樣不例外。經驗表明，每年諾貝爾獎得主的領域通常不與主席相近，而是與其他評委之一相近。
今年的評委會成員與以往並沒有發生改變，不同的是主席人選有所變化。他們的領域分別是Claes Gustafsson（主席，醫學/生物化學）、Sara Snogerup Linse（物理化學）、Peter Brzezinski（生物化學）、Olof Ramstr?m（有機化學）、Johan ?qvist（理論化學）、Gunnar von Heijne（理論化學）。
委員會背景理論2人，生化2人，有機1人，物理1人，主席由去年的Linse教授變為今年的Gustafsson教授，這再一步證實了今年化學獎花落生物化學領域的概率不大，物理化學的概率增加。
5.前置獎項風向標
從以往經驗來看，每屆諾貝爾獎得主都會實現獲得其它獎項的大豐收。
這些獎項比如湯森路透的引文桂冠獎(2002至今，已預測出46位諾獎得主），有機化學領域的羅傑o亞當斯獎(39人中有10位諾獎得主)，拉斯克醫學獎, 沃爾夫獎等，將會納入參考。
在開始正文之前，我們來一起回顧一下歷史，
表1 諾貝爾化學獎10年回顧
化學獎在2017年花落生物領域的“冷凍電鏡”，2016年被授予有機領域的“分子機器”，2015年是生物領域的“DNA修復”，2014年則是物理化學領域的“超分辨率顯微技術”，2013年是理論化學領域的“複雜化學系統多尺度模型”，2012年是生物化學領域的“G蛋白偶聯受體”，2011年是無機領域的“準晶體的發現”，2010年是有機領域的“鈀催化偶聯反應”，2009年是生物化學領域的“核糖體”。
因此根據經驗定律，我們有理由相信2018年的諾貝爾化學獎很有可能會落在理論化學、分析化學或物理化學領域。
2018獎項預測：
基於此，我們給出了對今年諾貝爾化學獎的一些預測，以供大家參考。
1.“從頭算”分子動力學 （Ab-initio MD）: 一起算出一個微觀世界
獲獎者: Roberto Car和Michele Parrinello
Ab-initio MD（圖片來自Cambridge University Press）
分子動力學方法是一種計算機模擬實驗方法，它可以利用仿真來模擬原子一定時間內的運動軌跡，並通過觀察原子運動中的各種微觀細節來驗證，補充各種理論和實驗。1985年，意大利物理學家Roberto Car和Michele Parrinello在《Unified Approach for Molecular Dynamics and Density Functional Theory》中開創了從頭算分子動力學方法（ab-initio MD）的先河.
相比於傳統的分子動力學方法，Ab-initio MD可以不採用經驗參數，而是從量子力學的角度出發來模擬觀察各個原子之間的作用，並在計算過程中考慮電子傳遞和極化作用，因此能模擬化學反應過程。該理論被廣泛用於解決凝聚態物理、物理化學、材料化學、地球科學和生物化學的問題，現如今已經成為了一種標準的模擬計算方法。
雖然這種仿真模擬依然存在模擬算法固有的缺陷，比如精度問題和體系的設定選取問題，但是它對理論化學和其它領域的突出貢獻已經足以支撐獲得諾貝爾化學獎。
2.鋰電池（Lithium-ion Battery）: 96歲傳奇一手締造的便攜能源帝國
獲獎者: John B. Goodenough 、M, Stanley Whittingham、Akira Yoshino、Koichi Mizushima
時至今日，鋰電池作為最主要的便攜式能量源影響著我們生活的方方面面。如果沒有鋰電池，就不會有如今的便攜式穿戴設備，手機，電動汽車等。鋰電池產業已經接近年產幾十億美元，為人類的日常活動提供動力。鋰電池還曾和晶體管一起被視作電子工業中最偉大的發明，而晶體管的發明人巴丁已經榮獲諾貝爾獎。
即使如此，諾貝爾委員會還是不認為美國化學家John Goodenough（“足夠好“）教授的鋰電池可以獲得諾貝爾化學獎嗎？
John Goodenough
“鋰電池之父”Goodenough的一生是一部傳奇。1946年，23歲的退伍士兵Goodenough帶著科研夢想進入了芝加哥大學，但是在那裡一位教授告訴他，他的年齡已經太大了，很難在這一行取得成功。這位教授說的其實沒錯，因為7年後古德納夫博士畢業，初入科研時已經30歲了，而30-40歲應當是一個正常學者的科研巔峰時期，他至少落後了3年。但是年輕氣盛的古德納夫並沒有聽從這位教授的建議。
製作電池需要選擇合適的電極材料和電解質材料，以提高電池容量和充放電速度，60年來不可充電的鋅碳電池一直佔據著消費電池的主要市場。1976年，53歲的Goodenough進入牛津大學教授化學，同年英國化學家Stan Whittingham宣佈了他在鋰電池方面取得的重大突破。Whittingham的發現雖然是電池產業的一次飛躍，但是他的鋰電池卻在過充的時候極易發生爆炸，依然不可商用。Goodenough認為自己可以改善這個缺點。
1980年，Goodenough抵達牛津四年後，他終於採用鈷酸鋰獲得突破。新電池擁有更小的體積，更大的容量和更加穩定的使用方式。1991年，索尼采用Goodenough的理論製作出了世界上第一款商用鋰電池，從此，手機、照相機、手持攝像機乃至電動汽車等領域各自步入了便攜式新能源時代。
如今，96歲高齡的Goodenough還依然每天往返於實驗室，奮鬥在科研第一線。他認為還需要最後一個重大發明才能無愧於自己---製造出可以使電動汽車代替汽油車的高容量電池。
Goodenough的傳奇似乎並沒有影響到諾貝爾委員會的評價。每年Goodenough都是諾貝爾化學獎的熱門候選人，但是他依舊年年陪跑，堪稱化學界的“村上春樹”。2017年，一封名為“Open Letter： John Goodenough Deserves A Nobel Prize”公開在CleanTechnica網站上，希望諾貝爾委員會能夠授予Goodenough諾貝爾化學獎。這項很多人參與的請願運動不出意外地沒有迴音。
時至2018年，96歲的古德納夫教授時間已經不多了，他究竟會在生命的最後時間裡獲得科學界的至高榮譽，刷新諾貝爾獎的年齡紀錄？還是會像門捷列夫一樣抱憾終身？
我們希望是前者。
3.金屬有機框架材料（Metal Organic Frameworks (MOFs) ）：無機與有機的交融
獲獎者: Susumu Kitagawa、Omar M. Yaghi、Michael O’Keeffe 、Makoto Fujita
金屬框架材料(圖片來自chemistry world)
金屬有機框架材料其實一直位於諾貝爾化學獎的候選名單之上，但是一直未能獲獎。
1995年，金屬有機框架材料由約旦化學家Omar M. Yaghi率先提出，經由其它學者共同發展。它是現代化學界研究最廣泛的有機-無機雜化材料（配位聚合物），具有三維孔狀結構，可以表現出高孔隙佔有率、低密度、大表面積比、內部孔道規則和拓撲多樣、可裁剪等特性。這些前所未有的特性使金屬有機框架材料備受矚目，被認為可以廣泛應用於氣體儲存、分離、催化和化學傳感等等領域。
Yaghi曾於2010年獲得湯森路透引文桂冠獎，2009年曾獲美國化學協會材料化學獎章等。由於令人驚歎的特性和未來潛在的巨大用途，金屬有機框架材料獲得今年諾貝爾獎概率並不小。
4.碳-氫鍵活化（C-H Functionalization）：簡化化學制程和環境保護的未來？
獲獎者： Shinji Murai、Robert G. Bergmann、John E. Bercaw、Georgiy B. Shul‘pin
1993年以前，化學界的主流觀點是碳-氫鍵的氧化加成非常難以實現，這一觀點直到日本化學家Shinji Murai的理論出現才宣告停止，Murai是世界上第一個開發了實用金屬催化碳-氫活化反應的化學家。 碳-氫鍵活化反應可以把有機化合物中廣泛存在的碳-氫鍵轉化為其他官能團形式的化合物，這樣的反應有望在合成過程中減少合成步驟，並減少廢棄物，從而有效降低大規模化學合成時引起的環境問題。
碳-氫鍵活化反應
來自加州理工大學的Bergmann教授，加州伯克利大學的Bercaw教授和俄羅斯科學院的Shul‘pin教授在Murai的研究基礎上做出了很多改進貢獻和理論研究，並因此獲得2017年湯森路透的引文桂冠獎。此外，Bergmann教授還曾獲得2017年的沃爾夫基金會獎（屠呦呦也曾獲此獎後直接獲得諾貝爾獎）和2014年韋爾奇基金會化學獎。
碳-氫活化反應是近年來有機化學領域十分活躍的一個研究方向，這種活化反應對於化學制程的改變和潛在的降低環境汙染將會對我們的未來產生巨大影響。這些成果也已經被驗證了很多年，所以今年的化學獎有可能表彰發現和研究碳-氫鍵活化反應的科學家們。
5.光遺傳學（Optogenetic）：光指引著我們前進的方向
獲獎者：Karl Deisseroth、Edward Boyden
光遺傳學是一項註定要獲得諾貝爾獎的研究技術，也是近些年最為光明的生物化學研究方向。2010年光遺傳學被Nature Methods選為年度方法，同年被Science認為是近十年來的最大科學突破之一。
光遺傳技術
2005年8月，斯坦福大學的Edward Boyden和Karl Deisseroth第一次將光敏通道(一種天然的ChR2蛋白質)通過慢性病毒載體注入神經元裡，實現了通過藍光精準控制神經元的活化。此後，光遺傳學迅速改變神經生物學界，成為了解特定神經作用不可或缺的工具。雖然這篇論文最初曾遭受Nature和Science拒稿，但是當論文發出後，得到了學界的廣泛追逐，有關光遺傳學的論文呈指數增長。
2005年誕生的光遺傳學還很年輕，正如Boyden所言， “10年對於科學來說並不算長，我們才剛剛開始。”這項工作有著遠大的前景，被認為註定要獲得諾貝爾獎，但是13年的短暫成長是否能獲得諾貝爾委員會的青睞？讓我們拭目以待。
6.基因組編輯技術(CRISPR/Cas9): 現代基因技術的福音
獲獎者：Jennifer A. Doudna、 Emmanuel Charpentier、Feng Zhang（張鋒）、Yoshizumi Ishino、George M. Church
與鋰電池一樣，基因組編輯技術近年來一直是諾貝爾獎的大熱門，有所不同的是，它不僅僅是生理學或醫學獎的大熱門，同時也是化學獎的大熱門。
CRISPR(圖片來自wikipedia)
CRISPR是從細菌中提取的一種基因組，這種基因組是細菌免疫系統的關鍵組成部分，可以偵測並抵抗病毒的攻擊，摧毀病毒DNA。如果CRISPR能夠臨床使用，將有望解決人類的疾病問題，從此人類的基因就可以編輯修復，將徹底地改變人類的人生。
雖然CRISPR一直是諾貝爾獎的常年熱門候選，但是也面臨著很多倫理方面的爭議。科研方面，CRISPR雖然已經成為了強大的科研工具，但是它的編輯準確度能夠滿足臨床要求嗎？依然要打一個大大的問號。雖然如此，CRISPR仍然是無可爭議的人類基因研究史上的一座豐碑，今年的諾貝爾化學獎也有一定可能花落此處。
7.點擊化學（Click Chemistry）：完美的化學反應就在眼前？
獲獎者：K. Barry Sharpless 、M.G.Finn 、Varely V. Fokin 、Rolf Huisgen, Carolyn R. Bertozzi
點擊化學(圖片來自Advanced Science News)
點擊化學也是一個相對年輕的學科。2001年，美國化學家Sharples獲得了他的第一座諾貝爾化學獎，並在同年提出了點擊化學這個合成概念。他希望通過小單元的拼接，完成模塊式合成、高生產率、無副作用、反應簡單、原料易得、產物易分離和反應速度快的化學合成反應。這種化學合成聽起來很完美，目前僅有幾個反應可以滿足上述完美的定義。不過這些反應已經足夠在對合成效率要求比較高的高分子化學和生物化學中獲得廣泛應用。
這種代表著近乎完美反應的化學合成方式得到了化學界的追捧，2013年，Sharpless因在“點擊化學”領域的影響，奪得了湯森路透引文桂冠獎。學界廣泛認為，“點擊化學”能幫助他獲得第二次諾貝爾化學獎。
8.分子伴侶蛋白（Molecular Chaperone）：還原蛋白質立體結構
獲獎者：Arthur L. Horwich、Franz-Ulrich Hartl 、R. John Ellis
這又是一個從2011年起的諾獎大熱門。分子伴侶蛋白的故事要從蛋白質摺疊開始講起，根據1972年諾貝爾化學獎得主Christian Boehmer Anfinsen的理論，蛋白質分子的一級結構決定其立體結構，當加熱或因其他因素而變性（立體結構解體）後，環境恢復原狀時，蛋白質可以在短時間恢復其立體結構。也就是說，蛋白質會因為加熱或其它因素解體後，在環境恢復時摺疊至立體結構。對這種現象的研究，可以說是在破解“第二遺傳密碼”的過程。
蛋白質摺疊前後的變化(圖片來自wikipedia)
分子伴侶蛋白是一類協助細胞內分子組裝和蛋白質摺疊的蛋白質。1989年，美國化學家Arthur L. Horwich和德國化學家Franz-Ulrich Hartl幾乎在同一時間獨立發現了幫助蛋白質摺疊的大腸桿菌內的分子伴侶蛋白，並在1997年完善了蛋白質的摺疊機理。
蛋白質的摺疊理論和分子伴侶蛋白的發現對各種各樣的神經退行性疾病有極大幫助，例如阿爾茨海默氏病（老年痴呆症）、肌萎縮性脊髓側索硬化症等等。Hartl和Horwich因此在2011年獲得了諾貝爾風向標之一的拉斯克獎基礎醫學獎，從此以後，幾乎每年都是諾貝爾提名名單上的常客。
分子伴侶蛋白毫無疑問完全值得被授予諾貝爾獎，但是這麼多年以後，諾貝爾獎委員會會不會把他們遺忘了呢？
9.通過計算機設計蛋白質功能的研究 : 上帝之手在人間
獲獎者：David Baker
據數據顯示，國際蛋白質數據庫大約儲存11萬種蛋白質，而實際上蛋白質的種類有億萬種。那麼如果我們能在計算機上設計蛋白質會怎麼樣呢？美國化學家David Baker教授和他的團隊完成了這個挑戰，他們通過對氨基酸的蛋白質摺疊理論研究，尋找出一種可以在計算機上解釋氨基酸，從而直接設計製造人造蛋白質的方法。這些人造蛋白質已經可以在醫藥，材料，生物等領域發揮不同的作用。
事實上，能夠設計蛋白質對於生物的意義不亞於基因編輯技術。“沒人能知道這種技術未來能夠做什麼，我們唯一知道的是它是革命性的。”馬里蘭大學帕克分校蛋白摺疊專家John Moult說。
結語：上述每一位大師的研究都可以寫成一部厚重的著作，他們毫無疑問都對人類世界作出了卓越的貢獻，改變了我們的生活。限於篇幅，本文簡短的語言完全不足以描述這些技術的價值，甚至有一些可能的獲獎項相較之下概率比較低而無法提及, 例如BLAST生物信息學計劃，生物分子馬達，化學糖鏈生物學，光合作用，鈣鈦礦型太陽能電池，催化抗體，光合作用原理，原子轉移自由基聚合等等研究。在諾貝爾化學獎已經逐漸傾向“理科綜合獎”的今天，預測已經越來越難了（一不小心就預測到了生物獎，逃~）。筆者希望這篇預測能夠給關注諾貝爾化學獎的各位觀眾帶來啟發。那麼諾貝爾獎還會讓Goodenough老爺子繼續等待嗎？讓我們拭目以待10月3號吧！
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