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周其林：执“手”开创催化梦

2021-12-01

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图片来源：南开大学

“深受鼓舞。”不久前，得知2021年诺贝尔化学奖颁发给从事不对称催化工作的两位学者时，南开大学化学学院教授、中国科学院院士周其林抬高了声调，“希望有更多聪明的年轻人从事这个领域研究。”

作为今年诺奖得主的同行，周其林在不对称催化领域深耕20年，发展出一类高效手性螺环催化剂，是迄今为止最高效的手性分子催化剂，被国内外同行称为“周氏催化剂”。

回顾科研生涯，周其林始终如一坚持“做别人没有做过的事情”。“做基础研究，我们科学家要有前瞻性，做的是明天‘不被卡脖子’的工作。”接受《中国科学报》采访时，周其林说。

从0到1 创“周氏催化剂”

人的左右手相互为镜像但又不能重叠的现象早就被人类发现，被称为“手性”。在创造新物质的化学领域，一个化学反应往往会产生具有同样分子式的手性化合物，但左旋和右旋的对映异构体却具有截然不同的性质。不同手性的分子虽然差之毫厘，性质却谬以千里。

“例如，天然产物很多是手性分子，其生物活性依赖于正确的手性。”周其林向《中国科学报》介绍。为了得到正确手性的新物质，化学家想出了“不对称合成”的策略，其中，发现选择性好、效率高的手性催化剂是关键。

过去40年以来，手性催化剂由于缺少独特结构的“基本骨架”，真正高效并且获得广泛应用的催化剂就更少了。于是，周其林瞄准了这一重大、前沿的科学问题，带领团队发展了一类全新的“基本骨架”——手性螺环配体骨架，并以此发展理想的手性催化剂。

经过多年潜心致研，他们终于实现从0到1的跨越，设计合成出一种新型手性螺环铱催化剂。其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。在此之前，文献报道的最高活性手性催化剂的转化数为2400000。

2011年7月12日，他们在国际化学权威期刊《德国应用化学》发表了这项研究成果，并把中国长城的照片作为当期的封面。“中国人说不到长城非好汉，我们终于爬到了长城顶上。”周其林说。

此后，周其林课题组在此基础上发展了一系列选择性好、效率高、适应性强的手性螺环催化剂，引领了全球手性催化研究，被国际同行誉为“周氏催化剂”。2020年初，周其林站上国家科学技术奖励大会的领奖台，获得2019年度国家自然科学一等奖。

多年来，周其林始终坚持原始创新。他做研究的原则是：“做别人没有做过的研究，做理论上或者应用上有意义的研究。”

图片来源：新科学

20年一剑 攀登科学高峰

最高活性手性催化剂的成功合成是周其林科学人生的重要里程碑，实际上他为之付出了超过20年的努力。1987年，他在中科院上海有机化学研究所获得博士学位后，先后在华东理工大学，德国、瑞士和美国从事博士后研究。

“在国外做博后时就已经开始思考，好的催化剂都是外国人做的，我们中国人也要做出自己的催化剂。”周其林说。

1996年，他回到华东理工大学任教，1999年被教育部聘为第一批“长江学者”特聘教授，并转入南开大学化学院工作，决定将“做中国人的催化剂”的梦想付诸实践，从此开启攀登手性螺环催化剂的科学高峰。

看准“螺环”结构催化剂，则离不开周其林在学术上一以贯之的坚持和积累。20世纪90年代初，他在上海福州路的外文书店偶然中买到一套打折处理的影印版《有机化合物字典》，书中收录了成千上万种化合物的结构让他如获珍宝。“我一口气把一套书几十本都搬回了办公室，一有时间就翻开看，一边看一边想什么样的结构适合做手性催化剂。”他说。

直到一种具有“C2对称性”的分子引发了周其林的强烈兴趣。于是，他带领团队提出一个个方案，一个个去尝试，一做就是20年。期间，失败是常态，他们不断面对一次次打击，做出来的催化剂“对这个反应无效，对那个反应也无效”。

回首事业刚起步的时光，周其林表示：“自然科学基金对我的职业生涯帮助最大，1997年，我刚刚回国后拿到一个‘面上项目’，很快又获得国家杰出青年科学基金项目资助。”随后的20年中，他还多次获得国家自然科学基金的支持，拿到过几乎涵盖所有资助类型的项目。

20年如一日，周其林坚持下来了。他每天早晨8点准时到实验室，晚上8、9点钟才离开，一周6个工作日。与实验室的学生逐一交流，20年来基本不缺席课题组的“组会”，有时候刚下飞机，拎着行李箱就直奔实验室。

周其林认为：“做自己喜欢的事情不觉得辛苦，其实好奇心驱使的探索未知的过程其乐无穷，所以要学会享受它，这是我这么多年来最大的感受。”

不忘初心 胸怀人民需求

回望初心，周其林之所以关注手性催化剂，源自人类付出惨痛教训的“反应停”事件。1953年，瑞士一家药厂首先合成了沙利度胺。此后，另外一家德国药厂发现这种药物具有抑制孕妇晨吐、恶心的妊娠反应，将其命名为“反应停”。几年后，医学界发现，母亲怀孕期间服用反应停和产下海豹肢畸形患儿直接相关，全球将近2万名患儿深受其害。

周其林表示：“这是我们第一次认识到手性分子在药物领域的重要性，我在做学生的时候就关注到这个问题，就开始思考作为化学研究者如何用专业知识为人类健康做出贡献。”

当年入行手性催化剂的初心源自药物，今天“周氏催化剂”最重要的应用也回到了“初心”——系列手性螺环催化剂已被用于200多种不对称合成反应，还被用于多种手性药物的生产。对此，周其林感到十分欣慰。

面向未来，周其林的目光仍然在有机合成前沿。近期，他与中国科学院院士、四川大学教授冯小明联合申请自然科学基金基础科学中心项目。

据了解，项目计划攻克一个新的难题：从具有惰性碳氢键的烃类化合物出发，经过“一步反应”合成出手性化合物。“首先在烃类化合物中引入一个活性官能团，这就很难，同时还要控制手性，这就难上加难。”周其林表示，这将是有机合成化学的未来发展趋势。

周其林期待，更多年轻人走进不对称催化领域，共同努力，“催化”出更多面向未来的原创性成果。

来源：中国科学报