周其林：執(zhí)“手”開創(chuàng)催化夢

甘曉

“深受鼓舞。”不久前，得知2021年諾貝爾化學獎頒發(fā)給從事不對稱催化工作的兩位學者時，南開大學化學學院教授、中國科學院院士周其林抬高了聲調，“希望有更多聰明的年輕人從事這個領域研究。”

作為今年諾獎得主的同行，周其林在不對稱催化領域深耕20年，發(fā)展出一類高效手性螺環(huán)催化劑，是迄今為止最高效的手性分子催化劑，被國內外同行稱為“周氏催化劑”。

回顧科研生涯，周其林始終如一堅持“做別人沒有做過的事情”?！白龌A研究，我們科學家要有前瞻性，做的是明天‘不被卡脖子’的工作?！苯邮懿稍L時，周其林說。

人的左右手相互為鏡像但又不能重疊的現(xiàn)象早就被人類發(fā)現(xiàn)，被稱為“手性”。在創(chuàng)造新物質的化學領域，一個化學反應往往會產(chǎn)生具有同樣分子式的手性化合物，但左旋和右旋的對映異構體卻具有截然不同的性質。不同手性的分子雖然差之毫厘，性質卻謬以千里。

過去40年以來，手性催化劑由于缺少獨特結構的“基本骨架”，真正高效并且獲得廣泛應用的催化劑就更少了。于是，周其林瞄準了這一重大、前沿的科學問題，帶領團隊發(fā)展了一類全新的“基本骨架”——手性螺環(huán)配體骨架，并以此發(fā)展理想的手性催化劑。

經(jīng)過多年潛心致研，他們終于實現(xiàn)從0到1的跨越，設計合成出一種新型手性螺環(huán)銥催化劑。其在酮的不對稱催化氫化反應中表現(xiàn)出超高活性，催化劑的轉化數(shù)達到4550000。在此之前，文獻報道的最高活性手性催化劑的轉化數(shù)為2400000。

2011年7月12日，他們在國際化學權威期刊《德國應用化學》發(fā)表了這項研究成果，并把中國長城的照片作為當期的封面。“中國人說不到長城非好漢，我們終于爬到了長城頂上?！敝芷淞终f。

此后，周其林課題組在此基礎上發(fā)展了一系列選擇性好、效率高、適應性強的手性螺環(huán)催化劑，引領了全球手性催化研究，被國際同行譽為“周氏催化劑”。2020年初，周其林站上國家科學技術獎勵大會的領獎臺，獲得2019年度國家自然科學一等獎。

最高活性手性催化劑的成功合成是周其林科學人生的重要里程碑，實際上他為之付出了超過20年的努力。1987年，他在中科院上海有機化學研究所獲得博士學位后，先后在華東理工大學，德國、瑞士和美國從事博士后研究。

“在國外做博后時就已經(jīng)開始思考，好的催化劑都是外國人做的，我們中國人也要做出自己的催化劑?！敝芷淞终f。

看準“螺環(huán)”結構催化劑，則離不開周其林在學術上一以貫之的堅持和積累。20世紀90年代初，他在上海福州路的外文書店偶然中買到一套打折處理的影印版《有機化合物字典》，書中收錄了成千上萬種化合物的結構讓他如獲珍寶。“我一口氣把一套書幾十本都搬回了辦公室，一有時間就翻開看，一邊看一邊想什么樣的結構適合做手性催化劑?！彼f。

直到一種具有“C2對稱性”的分子引發(fā)了周其林的強烈興趣。于是，他帶領團隊提出一個個方案，一個個去嘗試，一做就是20年。期間，失敗是常態(tài)，他們不斷面對一次次打擊，做出來的催化劑“對這個反應無效，對那個反應也無效”。

回首事業(yè)剛起步的時光，周其林表示：“自然科學基金對我的職業(yè)生涯幫助最大，1997年，我剛剛回國后拿到一個‘面上項目’，很快又獲得國家杰出青年科學基金項目資助?！彪S后的20年中，他還多次獲得國家自然科學基金的支持，拿到過幾乎涵蓋所有資助類型的項目。

20年如一日，周其林堅持下來了。他每天早晨8點準時到實驗室，晚上8、9點鐘才離開，一周6個工作日。與實驗室的學生逐一交流，20年來基本不缺席課題組的“組會”，有時候剛下飛機，拎著行李箱就直奔實驗室。

周其林認為：“做自己喜歡的事情不覺得辛苦，其實好奇心驅使的探索未知的過程其樂無窮，所以要學會享受它，這是我這么多年來最大的感受?！?/p>

回望初心，周其林之所以關注手性催化劑，源自人類付出慘痛教訓的“反應?！笔录?953年，瑞士一家藥廠首先合成了沙利度胺。此后，另外一家德國藥廠發(fā)現(xiàn)這種藥物具有抑制孕婦晨吐、惡心的妊娠反應，將其命名為“反應?！薄啄旰?，醫(yī)學界發(fā)現(xiàn)，母親懷孕期間服用反應停和產(chǎn)下海豹肢畸形患兒直接相關，全球將近2萬名患兒深受其害。

周其林表示：“這是我們第一次認識到手性分子在藥物領域的重要性，我在做學生的時候就關注到這個問題，就開始思考作為化學研究者如何用專業(yè)知識為人類健康作出貢獻?！?/p>

當年入行手性催化劑的初心源自藥物，今天“周氏催化劑”最重要的應用也回到了“初心”——系列手性螺環(huán)催化劑已被用于200多種不對稱合成反應，還被用于多種手性藥物的生產(chǎn)。對此，周其林感到十分欣慰。

面向未來，周其林的目光仍然在有機合成前沿。近期，他與中國科學院院士、四川大學教授馮小明聯(lián)合申請自然科學基金基礎科學中心項目。

據(jù)了解，項目計劃攻克一個新的難題：從具有惰性碳氫鍵的烴類化合物出發(fā)，經(jīng)過“一步反應”合成出手性化合物?！笆紫仍跓N類化合物中引入一個活性官能團，這就很難，同時還要控制手性，這就難上加難。”周其林表示，這將是有機合成化學的未來發(fā)展趨勢。

周其林期待，更多年輕人走進不對稱催化領域，共同努力，“催化”出更多面向未來的原創(chuàng)性成果。