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保持世界纪录的“周氏催化剂”:一人一生做一

时间:2019-01-31 16:34来源:娱乐
左手天才、右手疯子这样的句式竟然被用以形容差之毫厘、谬以千里的微妙状态,学术上称之为手性。从海螺壳的螺旋图案到牵牛花的攀爬方向,大到浩瀚星系,小到化学分子,手性现

  “左手天才、右手疯子”这样的句式竟然被用以形容差之毫厘、谬以千里的微妙状态,学术上称之为“手性”。从海螺壳的螺旋图案到牵牛花的攀爬方向,大到浩瀚星系,小到化学分子,手性现象在自然界无处不在。它们正如人类的左右双手,看似一模一样,实则完全不同。

  “有一本书叫《改变世界的分子》,里面提到了300多种有机分子,其中70%是手性分子。包括中国人发现的青蒿素,也是手性分子。”10月14日,南开大学教授、“未来科学大奖物质科学奖”得主周其林院士在2018年未来青年论坛上说道。

  对手性的认知不足,可能带来灾难性的后果。上世纪50年代末,一种减缓女性妊娠反应的药物“反应停”被广泛使用。其实,“反应停”的右手分子才是具有镇静效果的成分,左手分子却有致畸副作用。短短数年间,全世界诞生了1万多名先天畸形儿,被称为“反应停”惨剧。

  而在现代医药、农药的生产过程中,手性工艺的使用不但会带来巨大的经济效益,还会减少环境负担。

  大名鼎鼎的“周其林催化剂”,就是一类参与手性分子合成过程的催化剂。目标是提高反应的效率和选择性,即“想要右手分子就产生右手分子,想要左手分子就产生左手分子”。

  周其林团队在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“不到长城非好汉”。

  其实,“周氏催化剂”最基础的螺环结构,早在1999年就被选定。近20年间,螺环结构在周其林的手中不断修饰改进,宛如一只奇妙变幻的万花筒。

  “你想要把一件事情真正做好,可不是短时间的。有的人一辈子其实就做一件事,一辈子可能就做一个分子,把它做到极致。”周其林在演讲后接受澎湃新闻()等媒体采访时说道,语速缓慢而坚定。

  刚过耳顺之年的周其林祖籍安徽无为,1957年出生于江苏南京。1974年,中学毕业的周其林回乡务农,终日与农田、耕牛为伴。

  1977年,重新开启的高考制度给周其林的人生带来了重要转机:第一年,在毫无准备的情况下考试落榜;第二年,他被兰州大学化学系录取。

  “如果没有高考,那肯定没有今天,中国只会多一个农民。”时隔40年,他回忆往事时显得淡然。所谓格物致知,神奇的手性化学本身就隐隐若合哲理。

  “我选择化学也是偶然。当时物理化学都考得不错,第一志愿物理系没有录取,被调剂到了化学。”但周其林现在想来,或许自己本就更适合化学。这是因为,“化学要求的人不仅要有脑,还要有勤快的巧手。现在我发现我做实验,勤快和手巧都还是有的。”

  命运的转折点就如手性分子一般精妙,差之毫厘,谬以千里。周其林谦虚地用“偶然”来概括他的际遇,但或许,勤劳和智慧早已为成就奠定了骨架。

  1987年,从中科院上海有机化学研究所获得博士学位后,周其林先后在华东理工大学、以及德国、瑞士和美国从事博士后研究,最终在1996年回到华东理工大学任教。

  还在华东理工大学做博士后时,中国将加入世界贸易组织,上海外文书店甩卖积压的外文书籍影印本。周其林“用很少的钱背回了很多外文书籍,其中包括有机化合物字典”。回国以后,他开始在这浩如烟海的化合物字典中寻找未来的“周氏配体”。“我们做催化剂的,做梦都想发现一个全新的骨架结构,适用于很多反应;而不是简简单单的一个催化剂,只用于一个反应。”

  在成千上万的结构中选定一个骨架,很难完全由理性逻辑支配,有时候甚至接近一门艺术。周其林挑选“看着顺眼”的查文献、做尝试,经历了无数次失败,终于在1999年开始做一类螺环结构。

  “一开始做这个螺环的时候,为什么选择它而没选择别的?我看它好看!它有C2对称性,有对称美。”周其林笑着说道。

  同样是在1999年,周其林被教育部聘为第一批“长江学者”特聘教授,并转入南开大学工作。

  在随后的近20年间,螺环骨架结构成为了他工作的核心,不断改进合成新的配体和催化剂,一生二,二生三,三生万物。

  2011年,周其林团队设计合成了一种新型的手性螺环铱催化剂,在酮的不对称催化氢化反应中表现出超高活性,催化剂的转化数达到4550000。而在此之前,文献报道的最高活性手性催化剂的转化数为2400000。

  周其林团队在2011年合成的新型手性螺环铱催化剂保持世界纪录。周其林将长城选为了当期《德国应用化学》的封面图片。

  “当时杂志让我做一个封面,我就做了一个长城。中国人说不到长城非好汉,我们终于爬到了长城顶上。”

  周其林称他选择研究手性纯粹是出于好奇。“对我而言手性有很多神奇的地方,它是合成化学选择性里最难的一种,因为看上去左手分子和右手分子一模一样,怎么就能区别出来呢?”这种持续的好奇心始终伴随着周其林的科研生涯,至今未灭。

  你的研究能解决什么问题?这是周其林心目中最好的科研评价标准。“人家已经用别的催化剂解决了,你再去做一个催化剂说我的也可以,甚至好一点,那都没有多少意义。做应用的人可以这么干,做基础研究的不能干这事。”

  当然,重要的基础研究成果有时也有巨大的应用价值。中国目前的药物产业中,手性药物占40%以上,按传统工艺每生产一吨药物至少产生100吨废物计算,每年共产生12000万吨废物。如果采用手性合成新工艺,不但能够节约资源,也保护了环境。

  此外,全球商品化农药中手性农药占25%,如果全部采用单一异构体,每年将减少数十万吨无效异构体的生产,环境效应十分可观。

  “周氏催化剂”已经被广泛用于手性药物生产,“有人说催化剂这么好,可能发大财了吧。”周其林说道。“如果发大财不能做这么高效的催化剂。生产一吨药品买我们一克催化剂就够了,这不赚钱的,这是追求科学目标。”

  他希望,青年科研工作者也能以“解决什么问题”作为第一目标,千万不能选择好发论文的方向。

  大到国家层面上,对待科学研究不能急功近利。“要给科学家一点时间,持续地支持基础研究,我相信拿诺贝尔奖是迟早的事。而且我们也不能总盯着诺贝尔奖,我们做研究是冲着科学、冲着国家和社会需求,对不对?(诺奖)那个东西是锦上添花,做好了自然会有,对不对?你冲着奖去,结果拿不到奖,是因为你既没解决科学的问题,也没解决国家的问题。”

  研究螺环结构研究了20年的周其林,深知板凳需坐十年冷的道理。“不要着急,越着急越糟糕,越着急压力越大,也就越不敢做一些原创性、周期长的东西。”

  也正因如此,周其林呼吁应淡化学术界“三六九等”的区别,精心培养学术土壤。作为第一批“长江学者”,周其林看到“长江学者”之类的帽子曾在经济发展的特殊阶段带动了科研人员的待遇提高,改变了“造不如卖茶叶蛋”的现象。但近年来,它们越来越成为固化待遇差异、影响青年科学家发展的障碍。

  “做基础研究的人,是兴趣使然,不求富贵。他们能有一个体面的生活就够了,差别不要太大。”他说道。

  除了化学家的身份,周其林最享受的角色是一名教师。在今年南开大学的本科生开学典礼上,他作为教师代表寄语新生:“在大学,同学们要培养独立精神和科学精神。要学会独立思考,凡事有自己的见解,不盲从盲信,不人云亦云。”

  经历过上山下乡的周其林,深感他们那一代人接受的中小学教育基础薄弱,希望担负起育人的责任,使中国下一代的科研起点能够更高。

  “我发现中国科技整体最大的问题,还不是水平比某些发达国家落后,而是全民族的科学素质太低,太太低,还不是一点点的低。”他连用三个“低”字,仿佛一串叹息。

  周其林指出,尽管现在大街上满是大学生,但很多人连中学时的基本科学思维方法都忘记了,遇到问题不去问为什么,而是盲目地相信,导致骗子容易得逞。

  看得更长远,提前做准备,这是周其林作为科学家的自觉。不久前,他开始关注下一代的资源问题。

  化石资源终将耗竭,周其林认为,这在能源上还不是大问题,毕竟有太阳能等清洁能源,配合新型的储能技术可以解决。然而,从石油裂解等反应中提炼的化学品,构成了人类文明的物质基础。

  “我是做有机合成的,合成原料没有了,怎么办?”周其林把目光转向了二氧化碳,希冀再次找到神奇高效的“周氏催化剂”,帮助合成替代化学品。

  “化石资源什么时候用完?乐观估计几百年,悲观的也要好几十年。但科学研究一定要超前,你不知道哪年要用到,对吧?”

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