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    周其林:执“手”开创催化梦

    日期 2020-11-15   来源:中国科学报   作者:甘晓  【 】   【打印】   【关闭

      “深受鼓(gu)舞。”不久前,得知2021年诺贝尔化学(xue)奖颁发(fa)给从事(shi)不对称催化工作的两位学(xue)者时,南(nan)开大学(xue)化学(xue)学(xue)院(yuan)教授(shou)、中(zhong)国科学(xue)院(yuan)院(yuan)士周(zhou)其林抬高了声调,“希望有更多聪(cong)明的年轻人从事(shi)这个领域研(yan)究。”

      作(zuo)为(wei)今年诺奖得主的(de)同行(xing),周(zhou)其林(lin)在不对称催(cui)(cui)化(hua)(hua)领(ling)域深(shen)耕20年,发展(zhan)出一类高(gao)效手性(xing)螺环催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji),是(shi)迄(qi)今为(wei)止(zhi)最(zui)高(gao)效的(de)手性(xing)分子催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji),被国内外(wai)同行(xing)称为(wei)“周(zhou)氏催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)”。

      回顾科研(yan)生涯,周其林始终如一坚持“做(zuo)别人没有做(zuo)过的(de)事情(qing)”。“做(zuo)基础研(yan)究,我们(men)科学(xue)家要有前(qian)瞻(zhan)性,做(zuo)的(de)是明天‘不被卡脖子’的(de)工作。”接受(shou)《中(zhong)国科学(xue)报》采(cai)访时(shi),周其林说。

      从0到1 创“周氏催化剂”

      人的左(zuo)右手(shou)相互为镜像但又不能重叠的现(xian)象早就(jiu)被人类发现(xian),被称为“手(shou)性”。在创造新物质的化(hua)学领域,一个化(hua)学反应往(wang)往(wang)会产生具有同样分子式(shi)的手(shou)性化(hua)合物,但左(zuo)旋和右旋的对(dui)映异构体却具有截然不同的性质。不同手(shou)性的分子虽然差之毫厘,性质却谬以千里。

      “例(li)如,天然产(chan)物很多是手(shou)性(xing)(xing)分子,其(qi)生物活性(xing)(xing)依赖于正确的手(shou)性(xing)(xing)。”周其(qi)林向《中国科(ke)学(xue)(xue)报》介绍。为了(le)得(de)到正确手(shou)性(xing)(xing)的新物质,化(hua)学(xue)(xue)家想出了(le)“不(bu)对称合成(cheng)”的策(ce)略,其(qi)中,发(fa)现选择(ze)性(xing)(xing)好、效率高的手(shou)性(xing)(xing)催化(hua)剂是关键。

      过去40年以(yi)来,手(shou)性催(cui)化(hua)(hua)剂(ji)由于(yu)缺少(shao)独特结构的(de)(de)“基(ji)本(ben)骨架(jia)(jia)”,真正高效并且获得广泛应用的(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)剂(ji)就更少(shao)了(le)(le)(le)。于(yu)是,周(zhou)其林瞄准了(le)(le)(le)这一(yi)重大(da)、前沿的(de)(de)科(ke)学问题,带领团队(dui)发(fa)展(zhan)了(le)(le)(le)一(yi)类全新的(de)(de)“基(ji)本(ben)骨架(jia)(jia)”——手(shou)性螺环(huan)配体骨架(jia)(jia),并以(yi)此发(fa)展(zhan)理(li)想的(de)(de)手(shou)性催(cui)化(hua)(hua)剂(ji)。

      经过多年潜心致研(yan),他们终于实现从0到1的跨越(yue),设计(ji)合(he)成出(chu)一(yi)种新型手性(xing)(xing)(xing)螺环铱(yi)催(cui)化(hua)剂。其在(zai)酮的不对(dui)称催(cui)化(hua)氢化(hua)反应中表现出(chu)超(chao)高(gao)活性(xing)(xing)(xing),催(cui)化(hua)剂的转化(hua)数达到4550000。在(zai)此之(zhi)前,文献(xian)报(bao)道的最(zui)高(gao)活性(xing)(xing)(xing)手性(xing)(xing)(xing)催(cui)化(hua)剂的转化(hua)数为2400000。

      2011年7月12日,他们在国际化(hua)学(xue)权威期刊《德国应用化(hua)学(xue)》发表了这项研(yan)究成(cheng)果,并把中(zhong)(zhong)国长(zhang)城的(de)照片作为当(dang)期的(de)封面。“中(zhong)(zhong)国人说不到长(zhang)城非(fei)好汉,我们终(zhong)于爬到了长(zhang)城顶上。”周其(qi)林(lin)说。

      此后,周其林(lin)课题(ti)组在(zai)此基础上发展了(le)一系列(lie)选择(ze)性好、效率高(gao)、适应性强的手性螺环催(cui)化剂(ji),引(yin)领了(le)全球(qiu)手性催(cui)化研(yan)究,被国际同(tong)行誉为“周氏催(cui)化剂(ji)”。2020年初,周其林(lin)站上国家科(ke)学技术奖励大会的领奖台,获得2019年度国家自然科(ke)学一等奖。

      多年来,周其林始终坚持原始创新。他做(zuo)(zuo)研究(jiu)的原则是(shi):“做(zuo)(zuo)别人没有(you)做(zuo)(zuo)过的研究(jiu),做(zuo)(zuo)理论(lun)上或(huo)者应用上有(you)意(yi)义的研究(jiu)。”

      20年一剑 攀登科学高峰

      最高活性(xing)手性(xing)催化(hua)(hua)剂的成功合成是周其林科学(xue)人生的重要里程碑,实际(ji)上他为之付出了超过20年(nian)的努力。1987年(nian),他在(zai)中科院上海有机化(hua)(hua)学(xue)研(yan)究(jiu)所获(huo)得博士(shi)学(xue)位(wei)后(hou)(hou),先(xian)后(hou)(hou)在(zai)华(hua)东理(li)工(gong)大学(xue),德国、瑞士(shi)和美国从(cong)事(shi)博士(shi)后(hou)(hou)研(yan)究(jiu)。

      “在(zai)国(guo)外做博后时就已(yi)经开始思考,好(hao)的(de)催化剂(ji)都是外国(guo)人做的(de),我们中国(guo)人也要做出自己(ji)的(de)催化剂(ji)。”周其林说。

      1996年,他(ta)回(hui)到华(hua)东(dong)理工大(da)学任教(jiao)(jiao),1999年被(bei)教(jiao)(jiao)育部(bu)聘为第一批(pi)“长(zhang)江学者”特聘教(jiao)(jiao)授,并(bing)转入南(nan)开大(da)学化(hua)学院(yuan)工作,决定将“做中(zhong)国人的(de)催(cui)化(hua)剂”的(de)梦想付(fu)诸实践(jian),从此(ci)开启(qi)攀登手性螺环(huan)催(cui)化(hua)剂的(de)科学高峰(feng)。

      看准“螺环(huan)”结(jie)构催化(hua)剂,则离不开(kai)周其林在学术(shu)上一(yi)(yi)以(yi)贯之的坚持(chi)和积累(lei)。20世(shi)纪90年代初,他(ta)在上海福州路的外(wai)文书店(dian)偶然中(zhong)买到(dao)一(yi)(yi)套打(da)折处理的影印版《有(you)机化(hua)合(he)物字(zi)典(dian)》,书中(zhong)收(shou)录(lu)了(le)成千上万种化(hua)合(he)物的结(jie)构让他(ta)如获珍(zhen)宝。“我(wo)一(yi)(yi)口气(qi)把一(yi)(yi)套书几(ji)十本都搬(ban)回了(le)办公室,一(yi)(yi)有(you)时间(jian)就翻开(kai)看,一(yi)(yi)边(bian)看一(yi)(yi)边(bian)想什(shen)么(me)样(yang)的结(jie)构适合(he)做手(shou)性(xing)催化(hua)剂。”他(ta)说。

      直到一(yi)种具有(you)“C2对称(cheng)性”的分子引发了周(zhou)其林的强(qiang)烈兴趣。于是,他带领团(tuan)队提出一(yi)个(ge)个(ge)方案(an),一(yi)个(ge)个(ge)去(qu)尝(chang)试,一(yi)做就是20年。期间,失败是常态,他们(men)不断(duan)面对一(yi)次(ci)次(ci)打(da)击,做出来的催化剂“对这个(ge)反(fan)(fan)应无(wu)效(xiao),对那个(ge)反(fan)(fan)应也无(wu)效(xiao)”。

      回首(shou)事业刚起步的时光(guang),周其(qi)林(lin)表示:“自然(ran)(ran)科学基金(jin)(jin)对(dui)我的职业生(sheng)涯帮助(zhu)最大,1997年(nian),我刚刚回国后拿到一个‘面(mian)上项(xiang)(xiang)目’,很快又(you)获(huo)得国家杰出青年(nian)科学基金(jin)(jin)项(xiang)(xiang)目资助(zhu)。”随后的20年(nian)中(zhong),他还多次(ci)获(huo)得国家自然(ran)(ran)科学基金(jin)(jin)的支持,拿到过几乎涵盖所有(you)资助(zhu)类型的项(xiang)(xiang)目。

      20年(nian)如(ru)一日,周其林坚(jian)持下来了。他每天早(zao)晨8点准(zhun)时(shi)(shi)到实(shi)验室,晚上8、9点钟(zhong)才(cai)离开,一周6个工(gong)作日。与实(shi)验室的(de)学生逐一交流,20年(nian)来基(ji)本不缺(que)席课题组的(de)“组会”,有时(shi)(shi)候刚(gang)下飞机,拎着行(xing)李箱就(jiu)直奔实(shi)验室。

      周其林认为:“做自己喜欢的(de)事情不觉得辛苦,其实好奇心驱使的(de)探索未知的(de)过程其乐无穷(qiong),所以要学会享受(shou)它,这是我(wo)这么多年来最(zui)大的(de)感(gan)受(shou)。”

      不忘初心 胸怀人民需求

      回望初心,周其林之(zhi)所(suo)以关注手(shou)性催化剂,源(yuan)自(zi)人类付出(chu)惨(can)痛教训的(de)“反(fan)应(ying)停(ting)”事件。1953年(nian),瑞士一家药厂首先合成(cheng)了沙(sha)利度胺。此后,另外一家德国药厂发现这种药物具有抑制孕妇晨吐、恶心的(de)妊(ren)娠(shen)反(fan)应(ying),将其命名为“反(fan)应(ying)停(ting)”。几年(nian)后,医学界发现,母亲怀孕期间服(fu)用反(fan)应(ying)停(ting)和(he)产下海豹肢(zhi)畸形(xing)患儿直接相(xiang)关,全球将近2万名患儿深受其害。

      周其林表示(shi):“这是我们(men)第一次认识到手性分子(zi)在(zai)药物(wu)领域的重要性,我在(zai)做(zuo)学(xue)生的时候就(jiu)关注(zhu)到这个问(wen)题,就(jiu)开(kai)始思考(kao)作为化学(xue)研究者如(ru)何用专业(ye)知识为人类(lei)健康做(zuo)出贡(gong)献。”

      当年入行手性(xing)催化(hua)剂的初心(xin)源(yuan)自药(yao)物,今天“周氏催化(hua)剂”最重(zhong)要的应用也回到了“初心(xin)”——系列(lie)手性(xing)螺环催化(hua)剂已(yi)被用于200多种(zhong)不对称合(he)成反应,还(hai)被用于多种(zhong)手性(xing)药(yao)物的生产。对此,周其林感到十分(fen)欣慰。

      面向未来,周(zhou)其林(lin)的目光仍(reng)然在有机合成(cheng)前沿(yan)。近期(qi),他与中(zhong)国科学(xue)(xue)院院士、四川大(da)学(xue)(xue)教(jiao)授冯小明联合申请自(zi)然科学(xue)(xue)基(ji)金基(ji)础科学(xue)(xue)中(zhong)心项目。

      据(ju)了解,项目计划攻克一个新的(de)难题:从具有(you)惰(duo)性(xing)碳氢键的(de)烃类化合物(wu)出发,经过“一步反应(ying)”合成出手性(xing)化合物(wu)。“首先在烃类化合物(wu)中(zhong)引入一个活性(xing)官能团,这(zhei)就很难,同(tong)时还要控(kong)制手性(xing),这(zhei)就难上加难。”周其林表(biao)示,这(zhei)将是(shi)有(you)机合成化学的(de)未来发展趋势。

      周(zhou)其林(lin)期待,更(geng)(geng)多年轻人(ren)走进不对称(cheng)催(cui)化领(ling)域,共同努力,“催(cui)化”出更(geng)(geng)多面向未来的原(yuan)创性(xing)成果。




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