協(xié)同催化卡賓高對(duì)映選擇性插入脂肪胺N-H鍵合成手性氨基酸。南開大學(xué)供圖

戴著一條以化學(xué)元素裝飾的領(lǐng)帶，中國(guó)科學(xué)院院士、南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授周其林出席了在北京人民大會(huì)堂舉行的2019年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)。

憑借“高效手性螺環(huán)催化劑的發(fā)現(xiàn)”項(xiàng)目，周其林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一舉獲得2019年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。此獎(jiǎng)項(xiàng)被認(rèn)為是中國(guó)自然科學(xué)領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)，歷史上曾多次出現(xiàn)空缺。

改變?nèi)藗儗?duì)人工催化劑極限的認(rèn)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(xiàn)象被稱為手性現(xiàn)象。在用于治療的藥物中，有許多是手性藥物，其不同對(duì)映異構(gòu)體，在生理過程中會(huì)顯示出不同的藥效。然而，在一般化學(xué)合成中，手性分子的這兩種對(duì)映異構(gòu)體出現(xiàn)的比例是相等的，因此，每生產(chǎn)一公斤藥物，人們不得不費(fèi)盡周折，再把另一半分離出來。

精準(zhǔn)、高效地創(chuàng)造手性分子是科學(xué)家一直以來的夢(mèng)想和追求，不對(duì)稱催化由此誕生并成為創(chuàng)造手性分子最有效的方法。

“這項(xiàng)工作意義，在于發(fā)現(xiàn)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。”周其林用通俗易懂的語言來解釋這項(xiàng)研究帶來的影響，“很多過去不能夠合成的分子，現(xiàn)在能夠合成了;過去很多的藥物合成起來非常困難，現(xiàn)在合成這些藥物非常方便。”

過去20年里，周其林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)潛心攻關(guān)，合成了一系列手性螺環(huán)催化劑——國(guó)內(nèi)外同行稱之為“周氏催化劑”。這成為合成化學(xué)中一個(gè)不可或缺的工具，被全球40多個(gè)研究組借鑒，被用于200多種不對(duì)稱合成反應(yīng)，還被用于多種手性藥物的生產(chǎn)。

手性螺環(huán)催化劑在多個(gè)不對(duì)稱催化反應(yīng)中都保持了最高的催化活性和對(duì)映選擇性記錄，至今保持著分子催化劑的世界紀(jì)錄。

“我最好的科研成果，是我培養(yǎng)的學(xué)生”

1999年，周其林被教育部聘為第一批“長(zhǎng)江學(xué)者”特聘教授，轉(zhuǎn)入南開大學(xué)工作。此后的20年里，他一直致力于手性螺環(huán)催化劑研究。

“每天早晨8點(diǎn)前準(zhǔn)時(shí)到實(shí)驗(yàn)室，晚上八九點(diǎn)鐘才離開，一周6個(gè)工作日……”在課題組成員、南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院高級(jí)工程師王立新看來，周其林的作息“如同化學(xué)反應(yīng)一樣嚴(yán)謹(jǐn)”。他會(huì)與實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生逐一交流，20年來鮮少缺席課題組的“組會(huì)”，有時(shí)候剛下飛機(jī)，拎著行李箱就直奔實(shí)驗(yàn)室。

事實(shí)上，早在2001年已經(jīng)有科學(xué)家在不對(duì)稱催化領(lǐng)域獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，要在這樣的高度上，形成原始創(chuàng)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(huì)一帆風(fēng)順，甚至在大多數(shù)情況下，失敗像一個(gè)甩不掉的敵人，如影隨形。他們必須不斷面對(duì)一次次打擊：做出來的催化劑“對(duì)這個(gè)反應(yīng)無效，對(duì)那個(gè)反應(yīng)也無效”。

坐在基礎(chǔ)研究“冷板凳”上的日子，對(duì)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(shí)候，有時(shí)也會(huì)有收獲”。比如，某次實(shí)驗(yàn)保護(hù)沒做好，水汽進(jìn)去了，想做的東西沒做出來，卻發(fā)現(xiàn)得到的副產(chǎn)物更有用。用心分析每一次反應(yīng)，可能有意外之喜，這是研究的樂趣所在。他嘗試不斷改進(jìn)合成新的配體和催化劑，螺環(huán)結(jié)構(gòu)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(xué)“是一個(gè)最富創(chuàng)造性的學(xué)科”。因?yàn)槊刻於荚趧?chuàng)造新物質(zhì)，“好奇心得到極大滿足，我很享受這個(gè)過程。”

20年來，周其林獲得過很多有分量的大獎(jiǎng)，然而在他辦公室最顯著的位置，擺放的是歷年學(xué)生的實(shí)驗(yàn)記錄。

在周其林看來，作為一名教師，“培養(yǎng)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(yǎng)創(chuàng)新型人才。如今，周其林已為國(guó)家培養(yǎng)了70余名優(yōu)秀博士和碩士，他們大多在國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、制藥公司任職，成為科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的骨干。

“我最好的科研成果，實(shí)際上我培養(yǎng)的學(xué)生。”周其林說。

目光鎖定未來 “催化”出更多原創(chuàng)成果

力爭(zhēng)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域創(chuàng)新突破，是周其林始終不變的追求。不久前，周其林作出一個(gè)驚人的決定：手性螺環(huán)催化劑還會(huì)有發(fā)展，但不再是課題組今后的主要科研攻關(guān)方向。

這一決定令眾人嘩然，畢竟“周氏催化劑”從研發(fā)到廣獲贊譽(yù)，凝聚著課題組20年的心血。很多人惋惜：這個(gè)領(lǐng)域依然有空間將其發(fā)展得更為完美，“轉(zhuǎn)戰(zhàn)”其他領(lǐng)域，實(shí)在是可惜。

“作為基礎(chǔ)研究，原創(chuàng)性的工作已經(jīng)完成;接下來，周老師會(huì)繼續(xù)帶領(lǐng)我們瞄準(zhǔn)更加基礎(chǔ)的領(lǐng)域去研究。”對(duì)于周其林的決定，課題組成員、化學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)朱守非教授這樣理解：周其林的手性螺環(huán)催化劑是“從0到1”的工作，他開拓了不對(duì)稱催化新領(lǐng)域，其原始創(chuàng)新工作已經(jīng)基本結(jié)束。至于將手性螺環(huán)催化劑應(yīng)用到藥物、香精香料等的合成和生產(chǎn)這樣的研究工作，會(huì)有應(yīng)用型科學(xué)家跟進(jìn)。

從2000年讀研開始，朱守非進(jìn)入了周其林的課題組，博士畢業(yè)后留校任教。他告訴記者，剛進(jìn)課題組時(shí)，他發(fā)現(xiàn)導(dǎo)師周其林的文章數(shù)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(dǎo)給學(xué)生，甚至給學(xué)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(chuàng)造帶來的樂趣。

“能夠守住原則、把握節(jié)奏，為我們后學(xué)之人樹立了榜樣。”朱守非說。

如今，周其林正在關(guān)注二氧化碳和生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化研究。他經(jīng)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?(胡春艷 通訊員 馬超)

這位負(fù)責(zé)“創(chuàng)造新物質(zhì)”的化學(xué)家，早已把目光鎖定未來，期待“催化”出更多面向未來的原創(chuàng)性成果。