丁奎嶺：合成創(chuàng)造價值 分子改變世界

姜亦然+要英+姚虹

未來的化學，就是怎樣創(chuàng)造出好的化學、綠色的化學是非常重要的。既要讓它為人類社會服務，也要盡量避免對社會負面的影響。這些是我們要追求的理念。

他是那樣的朝氣蓬勃，丁奎嶺，上海有機化學研究所所長，2013年當選中國科學院院士時年僅47歲。自獨立工作以來，在國內外學術刊物發(fā)表論文150多篇，所發(fā)展的配體、催化劑和方法被國內外同行廣泛應用于研究工作；主編國內外專著3部，并擔任《有機化學》主編；獲得授權發(fā)明專利20多項，多個催化技術被成功應用于工業(yè)生產。他還擔任科技部973項目首席科學家及中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家重大新藥創(chuàng)制專項課題和基金委重點項目負責人。

近年，他在探索有機金屬催化的不對稱反應、綠色化學研究和發(fā)展清潔的有機合成方法?！缎旅裰芸防靡粋€午餐時間，對這位經常廢寢忘食的科學家進行了采訪。

小分子改變大世界

《新民周刊》：丁院士您好，我們想知道掛在墻上的這幅圖是什么，和您的研究有何關聯？

丁奎嶺：背面還有一張，這些都是生物大分子的藥物，全部都是抗體的藥物。它們的分子結構沒有一個化學式，它都是蛋白或核酸生物大分子。背面是有機小分子，但這種生物大分子它跟有機化學也有關系。最早在我們國家歷史上人工合成結晶牛胰島素，實際上做的這個結晶牛胰島素是一個生物大分子、一個蛋白。當時是用人工化學的方法做出來的，由上海有機所、北京大學化學系和上海生化細胞所三家合作完成。當年是我國非常引以自豪的偉大科學成果，是跟諾貝爾獎擦肩而過的重大成果。

背面是有機小分子，就像獲得諾獎的青蒿素，它是從植物里提取出來的一個分子，當時發(fā)現這個分子有活性，后來在這個結構基礎上再去改造，最后成了蒿甲醚、蒿乙醚、琥珀酸酯，成了真正的治療瘧疾的藥物。青蒿素本身成藥性比較差，因為它的毒性問題，后來改造了以后就成為對人類的一個巨大貢獻。特別是在非洲，瘧疾依然是威脅著人類健康的疾病，所以世界衛(wèi)生組織就把青蒿素作為用藥，之前的藥物像氯喹啊那些藥物時間長了抗藥性越來越強?，F在把青蒿素和前面的藥物配合起來，比單獨使用效果更好。

當年青蒿素上海有機所這邊也是參與科研的，當時從青蒿這一鍋湯里發(fā)現它有效果，但是這鍋湯里啥東西都有，到底什么樣的成分真正有效？屠呦呦團隊就把這個物質提取出來，是個白色粉末，但卻不知道它的分子在三維空間上是個什么結構，科學家花了很大的力氣。后來上海有機所請老院士周維善先生和他的團隊幫忙，發(fā)現那個分子里面有個過氧的氧橋，那是關鍵的核心。后來用X射線衍射，就像透視一樣，把它的結構確定出來。確定出來以后才能在這個基礎上進行改造，做成人類能夠使用的藥。

所以屠呦呦最大的貢獻就是當年發(fā)現這鍋湯有效果，然后把這個有效成分提取出來，她本身是做中醫(yī)中藥的，后來全國化學科研力量幫忙協作，最終做成了，成為改變世界的分子。許多大的事件都是從非常小的方面著手，最終影響世界。這種例子在化學界太多了。

《新民周刊》：為什么您當初在大學畢業(yè)后選擇從事科研工作？

丁奎嶺：最主要是興趣。我那時大學畢業(yè)學習成績優(yōu)秀，要留在省會城市工作是完全沒有問題的。當時大學里的老師知識很淵博，我的目標便是要像老師一樣成為一個有學問的人。念了兩年碩士研究生以后，又趕上有直升博士的機會，于是就去念了南京大學的博士。實際上1998年到中國科學院上海有機化學研究所之前，我在大學教了八年書。當然這八年期間有兩年出國去念博士后，覺得自己在科學研究這方面除了教書以外，還有很多興趣，想做的事情在那里沒辦法做，所以就到了科學院這樣更加好一點的平臺來發(fā)展。

而在科學研究中，對科學的認知有更深的理解，對社會也有些貢獻——成果轉移出去，它們創(chuàng)造了價值，還解決了就業(yè)。當然，如今人們生活條件其實也算不錯，如果回過頭看20年前，上海的變化簡直是翻天覆地，現在的上海和國外去比，也沒有太大的差距。但是未來我們國家想要引領全球的發(fā)展，我們還得為這個世界創(chuàng)造全新的東西。我們今天用的所有這些東西，特別是很多先進的東西，最早并不是我們自己創(chuàng)造的，我們現在培養(yǎng)做科學研究也好，培養(yǎng)學生也好，若是想要引領未來，引領世界發(fā)展，一定得創(chuàng)造出來一些東西，屬于我們自己的，然后讓外國人向我們學習。實際上中國的發(fā)展已經到了這樣一個轉折點，不僅僅是國外有的東西把它做好，未來肯定還會有引領性的東西。

化學的重要性

《新民周刊》：雖然如今化學已經發(fā)展到一定階段，但前些年頻繁出現的化工廠爆炸、不合格的添加劑，讓大多數人對化學留下了糟糕的印象，您怎么看？

丁奎嶺：這也是我經常去做一些科普的原因，因為我們整個國家的人的文化素質還沒有達到那個程度；我們的法律體制還沒有完善到那個程度；人的自覺性也沒有達到那個程度；我們的監(jiān)管體系也沒有達到一個非常到位的情況。我們有法律，但是也有不法的商人和企業(yè)，他們明知違法卻還要為之，就偷偷地干，等到產生問題了，最后監(jiān)管的人才出現。然而，發(fā)達國家已經跨越了這個階段。

我想化學是任何人無法離開的，現代生活的衣食住行都與其有關。因為我們生活在一個物質世界里，所有物質的東西都是化學的東西，化學就是研究這些物質。如手機有多少化學的東西？包括這個屏幕顯示、液晶的材料，都是化學。所以未來的化學，就是怎樣創(chuàng)造出好的化學、綠色的化學是非常重要的。既要讓它為人類社會服務，也要盡量避免對社會負面的影響。這些是我們要追求的理念。

今天想要吃有機蔬菜，因為大家很抵抗化肥之類的東西。但是我記得小時候在農村，小麥一年產量100多斤一畝地，風調雨順，200斤不到?，F在隨便一種就是1000多斤，為什么？除了種子的改良，就是因為化學創(chuàng)造的合成氨，就是化肥；沒有化肥真的沒法達到這種效果。新中國成立的時候，中國大概5億人不到，現在13億；中國就那么點土地、一年還要長兩季，累??！如果來了大批蟲害，沒有農藥去解決這個問題也不行。所以把農藥化肥排斥掉是不可能的。人類現在有70多億人口，每十年多一點又要增加十億，人口增多隨之而來的就是饑餓。從這個角度看，可以說化學拯救了人類。當然今天有更高的要求，要食品安全、要環(huán)境清潔，化學自然不可濫用、化肥不能無限制地用，農藥也是一樣。

《新民周刊》：您認為化學能夠創(chuàng)造財富、創(chuàng)造價值，這方面有很多案例吧？

丁奎嶺：我們經常說“合成創(chuàng)造價值，分子影響改變世界”。做化學需要創(chuàng)造，通過合成去創(chuàng)造。原來世界上沒有的東西，把它做出來，并且這個被創(chuàng)造出來的東西很可能影響甚至改變世界。大家現在想著“要做個大飛機”像C919，一架飛機可以有上億的價值，又或者是想著“要做航天”，這個影響多大啊。

其實，小小的分子世界同樣具備這樣的價值，比如兩年前一個治療丙肝的藥物在美國誕生，它的治愈率可以到達95%，對人類來說丙肝問題就基本解決了。這種藥物一年銷售將近200億美元，一個小小的分子產品，銷售額相當于多少架飛機啊。這就是化學的價值，分子的魅力。如果沒有100多年前液晶的發(fā)現，現在生活中的液晶又從哪兒來呢？這就是材料科學的發(fā)展對人類生活、生產方式的改變。比如通信光纖，像未來的量子通信，最終還需物質或者其他什么東西把它實現了。

人類無法離開物質而生存，無法離開物質去談改善生活水平，物質本身就是我們化學家研究的對象，不可分離。當然，化學也不斷地和生命科學結合，去關注人類身體健康；去和材料科學結合，去關注如何改變世界。

中國“手性領域”領先世界

《新民周刊》：您研究的主要領域是什么？

丁奎嶺：我研究的是手性催化和綠色化學。啥叫手性？就像我們的左手和右手，看上去是一樣的，假如說這個手放在鏡子前，你在鏡子里看到的其實是另外一只手，它們是互相對應的。但是你怎么去擺放它，三維上它不是重疊的，它們本質上是不一樣的，左手就是左手，右手就是右手。植物也是一樣，它往上生長的時候，幾乎所有植物都是往一個方向長的，海螺也是螺旋結構的，也是一個方向，這是從宏觀來看。在微觀視角中，分子世界里也有具備這種性質的分子。你從表面上看，它的元素、組成、平面結構都一樣，但是把它擺到三維里就不一樣了。比如人體的氨基酸是一種手，體內的各種糖是另外一只手，那么由氨基酸和糖組成的生物大分子，它要么是左手要么是右手。

外來的藥物要和人體的生物大分子作用才能產生功能、起作用。我們的人體就像一個手套，外來的藥物吃下去后，這個手套要識別，你左手的手套卻插進一個右手是不行的。手和手套要匹配起來，就是為什么要注意手性；手性在藥物分子里，有左手右手的這種關系。

在20世紀五六十年代的歐洲曾經發(fā)生過悲劇，那個時候對手性的精準認知沒有達到一定程度。孕婦懷孕以后往往產生妊娠反應，所以有個叫“反應?！钡乃幬?，吃了這個藥確實可以鎮(zhèn)定，但是孕婦吃了這個藥便產生了數以萬計的海豹嬰兒。這個藥相當于兩只“手”都吃進去了，但是其中一只“手”會使嬰兒致畸。從那以后就開始重視手性，制藥的關注哪種藥有用，就做哪一只“手”的藥物，當然做這個藥需要有技術，所以手性催化是最先進的技術。

用催化的辦法，控制我想要往哪一只“手”的方向走，就往哪里走。2001年那三位獲得諾貝爾獎的科學家就是因為發(fā)明了這樣的催化劑，可以使得化學的轉化能夠朝著你期待的方向走。這樣自然而然對健康、對醫(yī)藥工業(yè)是帶來革命性突破的。另外手性本身還有一個方面的應用——手性材料。過去液晶材料的應用，液晶電視它拖尾很厲害，響應慢；現在你基本上看不出來，播放快速的動作它拖尾幾乎沒有了。那就是材料的變化，它里面運用了手性材料，使其響應加快，看上去就更加真實、流暢。

手性與我們生命的起源也有關系，為什么我們生活的這個世界里海螺都是一個方向生長，甚至宇宙銀河中的運作也是一個方向？氨基酸為什么都是左手，而糖都是右手？為什么現在的生命形態(tài)是這樣一種情況？這些都和手性有關。雖然手性領域的突破已經獲得了諾貝爾獎，但是未完成的事情還有許多，我們也不是所有的藥都能用這個技術來做，還沒達到這種程度。

《新民周刊》：在您眼中，我國手性領域的研究在國際上處于什么水平？

丁奎嶺：我們國家應該說在國際上屬于非常先進的水平。其實在一個領域里，探索是無窮盡的，當你把這個領域又發(fā)展到一個新的高度，會對人類做出新的貢獻。比如人類能否通過模擬自然去超越自然呢？如能否把合成氨、氮氣、氫氣放在一起？在溫和的條件下做出來，沒有那么多污染?，F在的合成氨工業(yè)在高溫高壓的條件下具有一定的危險性。如果誰能夠在此領域再有突破，就是對人類做出巨大貢獻。

手性這個領域也是一樣，會不斷地發(fā)展。最近幾年上海有機化學研究所好幾個院士都是做手性催化的。當然有時我還兼做些其他方面的研究，如二氧化碳的轉化；能夠把二氧化碳這種溫室氣體，做成一種碳資源，能夠把它利用起來，就可以為人類服務。我不一定能解決二氧化碳的減排，畢竟全世界二氧化碳排放要上億噸，但如果想要把這個碳資源利用起來，做出來可供人類使用的物質，那就是變廢為寶。當然二氧化碳它非常穩(wěn)定，你要想讓它轉化也不是那么容易的事情，所以科學家們就去挑戰(zhàn)這個難題。這也就是我從事的與綠色化學有關的關鍵內容。