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保持世界纪录的“周氏催化剂”:一人一生做一个结构做到极致

来源:网络 2018/10/17 http://www.28work.com/
“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。

从海螺壳的螺旋图案到牵牛花的攀爬方向,手性现象无处不在
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。

左手分子与右手分子
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(www.thepaper.cn)等媒体采访时说道,语速缓慢而坚定。
为什么选螺环结构?“我看它好看”
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。

南开大学教授、2018“未来科学大奖”物质科学奖得主周其林院士
“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。
保持世界纪录的“周氏催化剂”:一人一生做一个结构做到极致
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