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光明日報:享受創造帶來的滿足與快樂
来源: 《光明日报》2020年1月11日第5版发稿时间:2020-01-13 17:07

——訪二〇一九年度國家自然科學獎一等獎獲得者周其林

  國家自然科學獎是獎勵在基礎研究領域作出重大貢獻的項目獎項。在曆年的國家科技獎中,該獎項一等獎曾數次空缺,而“高效手性螺環催化劑的發現”,是今年唯一獲得該獎項一等獎的項目。

  周其林感到慶幸。這位熱愛基礎研究、喜歡發現和創造的科學家,認爲自己選對了路——化學。“化學能創造出這個世界原本沒有的東西。”他說,自己享受這種創造帶來的好奇心滿足,以及無以言表的快樂。

  周其林是小黄瓜视频app化学学院教授、中国科学院院士。记者初见他,是在小黄瓜视频app元素有机化学国家重点实验室。针对有人对实验室名称中“元素”二字的不解,周其林解释:研究所最开始的研究是按化学元素来划分,比如有机磷、有机硅等。“但现在不再按元素来分了,因为许多元素我们的研究都有涉及。”轻描淡写中透出一种自信。

  徜徉于化學元素和分子世界,周其林要做一個發現者與創造者。此次我們要采訪的內容,正是他的一項創造——高效手性螺環催化劑,剛剛獲得2019年度國家自然科學獎一等獎的項目。

  一個催化劑轉化450萬個化合物

  化學家的一個重要目標是創造新的分子(也叫化合物),這個創造過程就是化學反應。物質經過化學反應,生成新的物質,很多時候需要催化劑幫忙。“化學家創造化合物時,需要催化劑,好的催化劑能解決很多反應問題。”周其林創造的手性催化劑,能合成各種手性化合物。

  要理解周其林的這項創造,首先要明白:何爲手性?

  周其林舉起自己的雙手,解釋道:“手性是指物體與其鏡像不能重疊的現象,如同人的左右手,互爲鏡像,但相互不能重疊。”

  不僅僅是我們的雙手,在分子、原子等微觀世界,手性現象也普遍存在。構成生命體的基本物質如蛋白質、DNA等,也是手性的。就像左右手,手性物質可以是左手的,也可以是右手的。

  作爲化學家,周其林關注的是分子中的手性現象——手性分子。手性分子裏,左手分子和右手分子有時性質截然不同。比如“香芹酮”分子,左手分子和右手分子看起來差不多,但聞起來一個是薄荷味、一個是臭蒿味。再比如,速溶咖啡裏的“健康糖”,其成分是由兩個手性氨基酸組成的肽,味道是甜的。如果其中一個氨基酸的手性改變了,它就變成苦的了。

  在過去很長一段時間裏,人類對左手分子和右手分子的性質差異認識不夠,造成災難性後果。20世紀50年代末,有一種名爲沙利度胺的鎮靜藥物,用的是右手分子和左手分子的混合物,很多孕婦用藥後導致胎兒畸形。後來研究發現,該藥物右手分子具有鎮靜功效,而左手分子不僅沒有此藥效,反而會導致胎兒畸形。

  手性分子應用廣泛,在市場銷售的藥物中,有一半是手性分子。在研發的新藥中,一大半是手性分子。不僅是藥物,在農藥、精細化學品,甚至液晶顯示等領域,手性分子都發揮了重要作用。但要讓手性分子爲我所用,必須能區分和合成左手分子和右手分子,並有針對性地擇其一而用之。

  合成創造新的手性分子,就是要做到“要左手性就是左手性的,要右手性就是右手性的”。如何能做到這一點呢?依靠手性催化劑。手性催化劑可以識別手性,讓反應沿著一個路徑發生,只生成特定手性的産物,而不是像普通催化劑那樣,生成兩種手性産物的混合物。

  過去幾十年裏,雖然發展了很多手性催化劑,但是真正高效、獲得廣泛應用的手性催化劑極少。周其林的願望是,發展更高效的手性催化劑,“一個催化劑可以將成千上萬,甚至百萬個原料分子轉化成我們所要的手性分子”。

  周其林研究發現,以前的手性催化劑之所以效率高的不多,主要原因是缺少具有廣譜性的手性配體基本骨架。他經過20年的探索,提出了“剛性骨架提高催化劑手性誘導能力和穩定性”的設計思想,發現了一類全新結構的剛性手性螺環骨架,基于這一剛性骨架結構設計合成了一系列手性螺環催化劑。

  這種手性螺環催化劑被國內外同行稱爲“周氏催化劑”,它在許多反應中都表現出很高的催化效率。特別是在酮化合物的氫化反應中,更是將手性分子的合成效率提高到了一個新的高度——一個手性催化劑催化合成450萬個手性産物分子,成爲迄今爲止最高效的手性分子催化劑。

  做基礎研究不要只盯著結果

  手性螺環催化劑的相關成果在國際學術期刊發表後,很快便吸引了國際藥企的注意。他們給周其林來信,希望他寄去樣品——他們很好奇這個催化劑是否真的如此高效。不久,他們即被折服。

  如今,手性螺環催化劑已成爲合成手性分子的重要工具。廣泛用于手性藥物的合成和生産,如心血管、降血壓、心髒病、糖尿病、抗病毒等藥物。“很多過去不能夠合成的手性分子,現在都能夠合成了。”周其林自豪地告訴記者。

  不追求發論文、把基礎研究做深做透、追求原創性成果,這是很多人對周其林的評價。創造出高效的手性螺環催化劑,周其林花了20年。“很多人覺得做基礎研究很苦,天天待在實驗室。但對我們來說,天天能看到未知的東西,創造新物質,是對好奇心的滿足,很快樂。”他說,即使實驗失敗,也會有收獲,“用心分析每一次反應,都可能有意外之喜”,“這是研究的樂趣所在”。

  今天,我們經常被“卡脖子”這個問題所困擾。周其林認爲,“卡脖子”表象的背後,實質是基礎研究做得不透不深。“我們敢講,國外想在手性催化劑上卡我們脖子,那不太容易。國內有這麽多的課題組,研究出了各種高效的、具有自主知識産權的手性催化劑。”周其林很笃定。

  當然,周其林的研究步伐不會停止。在解決手性催化劑問題後,他正在轉向另一個新的研究方向——用二氧化碳和生物質代替石油、煤、天然氣等石化原料,進行新物質的合成。“石化資源總會有枯竭的一天,科學家要想著幾十年甚至一百年以後的事,做基礎研究要有前瞻性。”他說。

  做基礎研究是一條漫長的道路,周其林希望以自己的經曆告訴年輕人:“享受這樣一個創造的過程,而不是僅僅盯著結果。”

   (本報記者 陳海波 陳建強)

     

編輯:郝靜秋

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