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一篇《科學》論文背后的南開百年化學情

來源:新華每日電訊記者張宇琪、宋瑞      2019-12-06
導讀:在微觀世界里,有一大類分子存在手性異構(gòu)體,它們像是人的左右手,互為映像,但如何旋轉(zhuǎn)都不會重疊。但藥物中,“左手”和“右手”手性分子的作用可能有天壤之別。如何控制手性分子的合成,一直是擺在科學家面前的一道難題。中國科學院院士、南開大學化學學院教授周其林帶領(lǐng)課題組,在手性藥物合成等研究上潛心多年。近日,周其林及朱守非團隊在世界權(quán)威學術(shù)期刊《科學》上發(fā)表研究論文,講述了研究團隊用一種新穎的雙催化劑協(xié)同催化合成手性氨基酸的策略。這一研究成果,解決了困擾不對稱催化領(lǐng)域半個多世紀的難題。

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他們解決了一直困擾科學家的難題

  周其林所帶領(lǐng)的課題組主要從事金屬催化的有機合成反應(yīng)、不對稱催化、手性藥物合成等研究。

  經(jīng)過“板凳甘坐十年冷”的潛心攻關(guān),周其林課題組設(shè)計發(fā)展出了一類全新的手性螺環(huán)配體骨架結(jié)構(gòu),又從這類骨架結(jié)構(gòu)出發(fā),合成了數(shù)百個系列手性螺環(huán)配體和催化劑。這些催化劑被國內(nèi)外同行稱為“周氏催化劑”。

  課題組成員,現(xiàn)任南開大學化學院院長朱守非說,“課題組成立20年來,一直兢兢業(yè)業(yè)地做一件事情,在催化劑的研究上一點點精益求精?;瘜W,是需要工匠精神的?!?/p>

  科研成果的背后,是這些課題組成員們苦心孤詣,潛心科研。不少化學學院的學生說,經(jīng)??吹街芷淞掷蠋熮k公室的燈光亮到深夜。

  由于在合成化學研究中作出了卓越貢獻,周其林在2012年獲得首屆中國化學會手性化學獎;2018年又獲得第三屆未來科學大獎——“物質(zhì)科學獎”。

  11月22日,周其林及朱守非團隊再次發(fā)表最新研究成果——雙催化劑協(xié)同催化合成手性氨基酸,解決了科學家們一直以來想直接利用脂肪胺來高效合成手性胺類化合物的難題。

  朱守非說:“從未覺得科研是件枯燥的事兒,在實驗室做實驗就像破案一樣,不知不覺就沉迷其中,會產(chǎn)生很多奇思妙想?!?/p>

南開百年,化學人科研報國

  周其林和朱守非的研究一直在傳承南開化學人服務(wù)國家發(fā)展實踐的愛國理念。

  南開大學化學學科起源于1919年建校伊始的理科“化學門”,兩年后,邱宗岳先生創(chuàng)建化學系,成為我國高校最早建立的化學系之一。

  1928年,張伯苓指出要“知中國,服務(wù)中國”,自此南開大學確立了“土貨化”辦學方向,即“貼近中國國情”“扎根本土實際”。應(yīng)用化學研究所等一系列直接為社會服務(wù)的系科和研究機構(gòu)應(yīng)運而生,獨開風氣之先。

  1956年,何炳林、陳玉茹夫婦從美國回到母校南開大學任化學系教授。在簡陋的科研條件下,何炳林在兩年時間里合成出當時世界上已有的全部離子交換樹脂品種,為核燃料鈾的提煉作出巨大貢獻。

  20世紀五六十年代,時任南開大學校長的楊石先響應(yīng)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求,毅然放棄深耕幾十年的藥物化學研究,轉(zhuǎn)向國家急需的有機農(nóng)藥研究,并取得了一系列重要成果。

  百年來,南開大學化學人血液里流淌著的愛國初心、報國之志,也深刻影響著周其林、朱守非二人。

  曾有人問朱守非,課題組在手性催化劑上解決了什么“卡脖子”的問題,朱守非答,“正是因為我們的研究,讓其他人不能卡住我們的脖子,讓中國在催化劑研究上有足夠的聲音?!?/p>

  “周氏催化劑”因具有很高的催化效率和選擇性,被國內(nèi)外同行所稱道。目前“周氏催化劑”已成為合成化學中一個不可或缺的工具,被全球40多個研究單位借鑒使用,還被多家制藥公司用于數(shù)十種手性藥物及其中間體的生產(chǎn)。

  南開大學副校長、化學學院教授陳軍說,一批批從化學學院畢業(yè)的學子從未忘記要為國家、為社會服務(wù)。化學研究應(yīng)該頂天立地,既要重視基礎(chǔ)研究,又要與實踐應(yīng)用相結(jié)合,服務(wù)于社會發(fā)展和科技進步。

“探索化學世界,是最幸福的事”

  在周其林的辦公室里,上百份檔案袋整齊擺放,封面上工工整整地寫著學生的名字,里面是他悉心保留的每名學生的實驗報告。在周其林看來,這是他最寶貴的財富。

  在南開大學,周其林的課題組面向全校學生開放,無論本科、碩士或博士,只要對他的研究方向感興趣,都可以到他的實驗室里體驗一番。周其林說,對于各種各樣的人,只要愿意學化學,他都愿意為此花“一點時間、一點精力”。

  課題組每周開一次組會,學生們偶爾會請假,但周其林從不缺席。有時出差回來,他一下飛機就拎著箱子趕回學校參加組會,聽取學生的匯報討論情況。對于同學們提交的實驗報告,返回來時通常是“一片紅”,甚至標點符號都會改動。

  周其林曾說,我們要在科研中創(chuàng)造出一些新的物質(zhì),這些物質(zhì)如果不被我們創(chuàng)造出來,或早或晚也會被其他人創(chuàng)造出來;但我們的學生,我們不去“催化”他們成長成才,誰又能去做這件事呢?育人,是教師的責任和“初心”。

  立德樹人,南開大學化學學院的“師魂”一直在傳承。抗戰(zhàn)年代曾經(jīng)有不少師生同赴沙場,新中國成立之后,李正名在楊石先老師的引導下走上農(nóng)藥化學研究之路,直至今日,無數(shù)的學子在南開教師的引導下,尋求科研之真諦。

  朱守非初進南開,便師從周其林教授,從此便整個身心都撲在化學研究中。他曾開展了一個將手性螺環(huán)磷氮配體用于催化非官能團烯烴的不對稱氫化的研究,但是在研究中卻遇到了困境?!爸芾蠋熗ㄟ^提問引導我進一步明確科學問題,完善想法,提升研究的高度和深度?!敝焓胤钦f,這種指導方式讓他受益匪淺,真正喜歡上科學研究。

  在周其林不斷地啟發(fā)下,朱守非成功將該催化劑用于具有強配位能力的亞胺和不飽和羧酸的氫化中,并得到很高的活性和選擇性,其中不飽和羧酸的氫化后來還被世界500強企業(yè)羅氏公司用于手性藥物的生產(chǎn)中。

  花甲之年的周其林和不惑之年的朱守非都已成為不少南開學子的科研引路人?!芭荨痹趯嶒炇沂鄠€小時、指導學生科研論文、參與教學工作、發(fā)表高水平學術(shù)論文……他們每天的日子簡單又充實。

  “在實驗室里做研究,和學生在一起探索迷人的化學世界,這是最幸福的事?!敝焓胤钦f。

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