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周其林:冷板凳上的“化學之歌”

中青在線      2020-01-20
導讀:戴著一條以化學元素裝飾的領帶,中國科學院院士、南開大學化學學院教授周其林出席了在北京人民大會堂舉行的2019年度國家科學技術獎勵大會。憑借“高效手性螺環催化劑的發現”項目,周其林帶領團隊一舉獲得2019年度國家自然科學獎一等獎。此獎項被認為是中國自然科學領域的最高獎項,歷史上曾多次出現空缺。

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協同催化卡賓高對映選擇性插入脂肪胺N-H鍵合成手性氨基酸。南開大學供圖

戴著一條以化學元素裝飾的領帶,中國科學院院士、南開大學化學學院教授周其林出席了在北京人民大會堂舉行的2019年度國家科學技術獎勵大會。

憑借“高效手性螺環催化劑的發現”項目,周其林帶領團隊一舉獲得2019年度國家自然科學獎一等獎。此獎項被認為是中國自然科學領域的最高獎項,歷史上曾多次出現空缺。

改變人們對人工催化劑極限的認知

如同人的雙手,左手與右手互成鏡像,而不能重合,這種在自然界中普遍存在的現象被稱為手性現象。在用于治療的藥物中,有許多是手性藥物,其不同對映異構體,在生理過程中會顯示出不同的藥效。然而,在一般化學合成中,手性分子的這兩種對映異構體出現的比例是相等的,因此,每生產一公斤藥物,人們不得不費盡周折,再把另一半分離出來。

精準、高效地創造手性分子是科學家一直以來的夢想和追求,不對稱催化由此誕生并成為創造手性分子最有效的方法。

“這項工作意義,在于發現了一類非常高效的催化劑用來合成手性分子,制造手性藥物?!敝芷淞钟猛ㄋ滓锥恼Z言來解釋這項研究帶來的影響,“很多過去不能夠合成的分子,現在能夠合成了;過去很多的藥物合成起來非常困難,現在合成這些藥物非常方便?!?/span>

過去20年里,周其林帶領團隊潛心攻關,合成了一系列手性螺環催化劑——國內外同行稱之為“周氏催化劑”。這成為合成化學中一個不可或缺的工具,被全球40多個研究組借鑒,被用于200多種不對稱合成反應,還被用于多種手性藥物的生產。

手性螺環催化劑在多個不對稱催化反應中都保持了最高的催化活性和對映選擇性記錄,至今保持著分子催化劑的世界紀錄。

“我最好的科研成果,是我培養的學生”

1999年,周其林被教育部聘為第一批“長江學者”特聘教授,轉入南開大學工作。此后的20年里,他一直致力于手性螺環催化劑研究。

“每天早晨8點前準時到實驗室,晚上八九點鐘才離開,一周6個工作日……”在課題組成員、南開大學化學學院高級工程師王立新看來,周其林的作息“如同化學反應一樣嚴謹”。他會與實驗室的學生逐一交流,20年來鮮少缺席課題組的“組會”,有時候剛下飛機,拎著行李箱就直奔實驗室。

事實上,早在2001年已經有科學家在不對稱催化領域獲得了諾貝爾獎,要在這樣的高度上,形成原始創新性突破,其難度如同在攀登科研的珠穆朗瑪峰。

科研過程更是不會一帆風順,甚至在大多數情況下,失敗像一個甩不掉的敵人,如影隨形。他們必須不斷面對一次次打擊:做出來的催化劑“對這個反應無效,對那個反應也無效”。

坐在基礎研究“冷板凳”上的日子,對于周其林來說卻充滿魅力,那些接二連三的失敗在他看來,“做得不成功的時候,有時也會有收獲”。比如,某次實驗保護沒做好,水汽進去了,想做的東西沒做出來,卻發現得到的副產物更有用。用心分析每一次反應,可能有意外之喜,這是研究的樂趣所在。他嘗試不斷改進合成新的配體和催化劑,螺環結構在周其林的手中,宛如一只奇妙變幻的萬花筒。

周其林稱化學“是一個最富創造性的學科”。因為每天都在創造新物質,“好奇心得到極大滿足,我很享受這個過程?!?/span>

20年來,周其林獲得過很多有分量的大獎,然而在他辦公室最顯著的位置,擺放的是歷年學生的實驗記錄。

在周其林看來,作為一名教師,“培養人才”是第一重要的事情,做科研在某種意義上講也是教育,是培養創新型人才。如今,周其林已為國家培養了70余名優秀博士和碩士,他們大多在國內外知名大學、研究機構、制藥公司任職,成為科學研究和技術開發的骨干。

“我最好的科研成果,實際上我培養的學生?!敝芷淞终f。

目光鎖定未來 “催化”出更多原創成果

力爭在基礎研究領域創新突破,是周其林始終不變的追求。不久前,周其林作出一個驚人的決定:手性螺環催化劑還會有發展,但不再是課題組今后的主要科研攻關方向。

這一決定令眾人嘩然,畢竟“周氏催化劑”從研發到廣獲贊譽,凝聚著課題組20年的心血。很多人惋惜:這個領域依然有空間將其發展得更為完美,“轉戰”其他領域,實在是可惜。

“作為基礎研究,原創性的工作已經完成;接下來,周老師會繼續帶領我們瞄準更加基礎的領域去研究?!睂τ谥芷淞值臎Q定,課題組成員、化學學院院長朱守非教授這樣理解:周其林的手性螺環催化劑是“從0到1”的工作,他開拓了不對稱催化新領域,其原始創新工作已經基本結束。至于將手性螺環催化劑應用到藥物、香精香料等的合成和生產這樣的研究工作,會有應用型科學家跟進。

從2000年讀研開始,朱守非進入了周其林的課題組,博士畢業后留校任教。他告訴記者,剛進課題組時,他發現導師周其林的文章數量并不是很多。在同行們文章不斷的情況下,周老師從不把壓力傳導給學生,甚至給學生們開出更高的“科研津貼”,以便讓大家更從容地做自己喜歡的研究,感受創造帶來的樂趣。

“能夠守住原則、把握節奏,為我們后學之人樹立了榜樣?!敝焓胤钦f。

如今,周其林正在關注二氧化碳和生物質的轉化研究。他經常思考,100年后,石油、天然氣等化石資源枯竭后,將用什么來合成人類文明所依賴的材料?

這位負責“創造新物質”的化學家,早已把目光鎖定未來,期待“催化”出更多面向未來的原創性成果。

中青報·中青網記者 胡春艷 通訊員 馬超

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