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周其林:堅持原創的“催化”大師
来源: 小黄瓜视频app新闻网发稿时间:2020-01-12 21:58

  南開新聞網記者 馬超

  一身深灰色西装,一条以化学元素装饰的领带,中国科学院院士、小黄瓜视频app化学学院教授周其林以这样的装束出席了在北京人民大会堂隆重举行的2019年度国家科学技术奖励大会。凭借“高效手性螺環催化剂的发现”项目,周其林院士带领团队一举获得2019年国家自然科学奖一等奖——这一中国自然科学领域的最高奖项。由于该奖项的评选严格性,在历史上曾多次空缺。

  螺環:優勢手性催化劑骨架

  “這項工作的意義,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。對于學術界的影響在于,很多過去不能夠合成的分子,現在能夠合成了;對産業界的影響就是,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。”周其林院士這樣描述團隊此次的獲獎項目。

  周其林院士带领团队20年潜心攻关,发展出一类全新的手性螺環催化劑骨架,从这类骨架结构出发,合成了系列手性螺環催化剂——国内外同行称之为“周氏催化剂”。这不仅是南开化学的标志性成果,更成为合成化学中一个不可或缺的工具,被全球40多个研究组借鉴,被用于200多种不对称合成反应,还被用于多种手性药物的生产。

  “手性螺環催化剂带动了手性催化剂的发展,在科学上是有引领性的。”作为该项目参评国家自然科学奖一等奖的推荐人,中国科学院院士、上海交通大学常务副校长丁奎岭不吝于对这一科研成果的赞赏,他在谈及推荐原因时说,手性螺環催化剂的发现和创造,不仅在科学上带来突破,同时带来了催化剂的卓越性能,继而产生了推动药物生产等一系列价值,具有“变革性”。

  在過去的研究中,雖然已出現許多手性催化劑,但真正對多種反應都有效的所謂“優勢手性催化劑”很少。由于藥物中許多是手性藥物,它們的兩種對映異構體,在生理過程中會顯示出截然不同的藥效;而在通常的化學合成中,這兩種對映異構體出現的比例是相等的,所以對于制藥公司來說,他們每生産一公斤藥物,還要費盡周折,把其中一半分離出來。因而,“想要右手分子就産生右手分子,想要左手分子就産生左手分子”,就成爲科學家追求的目標。

  周其林院士带领团队发展的手性螺環催化剂,在多种不对称反应中表现出极高的催化活性和优异的对映选择性——甚至超越了大多数酶的水平,从而将手性分子的合成效率提高到了一个新的高度,也改变了人们对人工催化剂极限的认知。

  同时,由于手性螺環催化剂的发展,多个不对称催化反应由“不可能”变成为可能,拓展了不对称催化领域。在催化效率方面,手性螺環催化剂在多个不对称催化反应中都保持了最高的催化活性和对映选择性记录,特别是2011年合成的一种高活性手性催化剂凭借455万的转化数,至今保持着分子手性催化剂的世界记录。刊登论文的那期《德国应用化学》的封面图片为长城——寓意着周其林团队“不到长城非好汉”的决心和登顶长城的喜悦。

  背後:板凳甘坐二十年

  1999年,周其林被教育部聘为第一批“长江学者”特聘教授,并转入小黄瓜视频app工作。小黄瓜视频app的有机化学科研实力强,学生素质高,加之学风严谨,为他安心做学问提供了良好的环境。从此,手性螺環催化剂也成为了他20年来的工作的核心。

  “每天早晨8點前准時到實驗室,晚上八九點鍾才離開,離開前和實驗室的同學一一交流,一周6個工作日……”說起周其林院士的作息和工作安排,課題組成員王立新高級工程師覺得“如同化學反應一樣嚴謹”,特別是課題組每個周六下午的“組會”,20年來更是“雷打不動”,很少會因爲其他事情而將其取消,有時候周其林院士一下飛機,就拎著行李箱趕回實驗室參加組會。

  在外人看来,在“冷板凳”上单调枯燥的生活对于周其林院士来说却充满魅力,不断改进合成新的配体和催化剂,螺環结构在周其林院士的手中宛如一只奇妙变幻的万花筒。

  然而,整個研究過程並不是一帆風順的,甚至在大多數情況下,都是失敗的:課題組做出來的催化劑,“對這個反應也沒效,對那個反應也沒效”是常有的事。但周其林院士始終堅持:“只要我們做出來,就一定是原來沒有的”。

  面對失敗,周其林院士經常會說:“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,卻發現得到的副産物更有用。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。正如他所說:“化學是一個最富創造性的學科。我們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。”

  “堅持原創”和“追求嚴謹”是丁奎嶺院士眼中的周其林院士對于學術的態度,“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,是很有難度的;國際上有那麽多科學家進行相關的研究,如果不夠嚴謹的話,就可能會受到同行的質疑。”丁奎嶺院士說。

  20年來,周其林院士獲得過很多有分量的大獎:首屆中國化學會手性化學獎、全國教書育人楷模、被譽爲“中國諾獎”的未來科學大獎……然而走進他的辦公室卻發現,在最顯著的位置擺放的是曆年學生的實驗記錄。這從側面反映了科學研究在他心目中的地位。

  在周其林院士看來,作爲一名教師,“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,周其林院士已爲國家培養了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,成爲科學研究和技術開發的骨幹。

  “我最好的科研成果,實際上是我培養的學生。”在課題組成立20周年之際,學生們紛紛歸來參加這次特殊的“組會”,望著濟濟一堂的愛徒們,周其林院士不由地道出心聲。

  轉型:挑戰其他新領域

  对周其林院士来说,力争在基础研究领域创新突破,是他始终不变的追求。在谈及今后的科研方向时,周其林院士表示,手性螺環催化剂还会发展,但不再是课题组今后的主要科研攻关方向。

  很多人驚訝于周其林院士的這一決定,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,且如今依然有空間將其發展得更爲完美,就這樣“轉戰”其他領域,實在是可惜。

  “作为基础研究,原创性的工作已经完成;接下来,周老师会继续带领我们瞄准其它更加基础的领域去研究。”对于周其林院士的决定,课题组成员、化学学院院长朱守非教授是这样认识的:周老师的手性螺環催化剂是“从0到1”的工作,他开拓了不对称催化新领域,其原始创新的工作已经基本结束。至于将手性螺環催化剂应用到更多药物、农药、香精香料等的合成和生产这样的研究工作会有应用型科学家跟进。

  “直到我也成爲一名教師,我才能夠理解周老師的良苦用心”。朱守非教授這樣說到。從2000年讀研開始,朱守非教授進入了周其林院士的課題組,博士畢業後留校任教。他告訴記者,剛進課題組時,他發現導師周其林院士的文章數量並不是很多。在同行們文章不斷的情況下,周老師的壓力應是挺大的,但他從不把壓力傳導給學生,他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,爲我們後學之人樹立了榜樣。”朱守非教授說。

  實際上,面對周其林院士提出的“轉型”,課題組的成員已經有了很好的研究方向:謝建華教授致力于發展複雜天然産物不對稱全合成的方法,朱守非教授致力于豐産金屬催化劑的研究,而周其林本人則著眼于二氧化碳和生物質的轉化,他經常想,幾十年,或者一百年以後,石油、天然氣等化石資源枯竭後將用什麽原料來合成人類文明所依賴的材料?作爲肩負“創造新物質”責任的化學家,必須要著眼于未來。

編輯:張麗

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