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                首頁>新聞中心>媒體聚焦
                天津日報1月11日刊發消息:妙“手”催化原創成果
                南開大學周其林院士團隊成果獲國家自然科學獎一等獎
                來源: 辦公室          ( 2020-01-23 )
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                手性螺環催化劑骨架示▅意圖

                  1.頒獎現場合影

                2.指導學生實驗

                3.指導學生實驗

                4.周其林院士

                 
                  這項工作意義,在於發現了一類非常高效的催化劑,用來合成╲手性分子,制造手性藥物。對於學術界的影響在於,很多過去不能夠合成的分子,現在能夠合成了;對產業界的影響就是,過去很多的藥物合成起來非常困難,現在合成這些藥物非常方便。

                  1月10日,2019年度國家科學技術獎在北京揭曉。其中,中國科學院※院士、南開大學化學學院教授周其林領銜完成的“高效手性螺環催化劑的發現”項目(主要完成人:周其林、謝建華、朱守非、王立新)榮獲2019年度國家自然科學獎一等獎──這一中國自然科學領域的最高獎項。由於該獎項的評選嚴格性,在歷史上曾多次空缺。這也是本年度唯一獲得國家自然科學獎一等獎的項目。

                 

                  潛心20年攻克項目

                  改變了人們對人工催化劑極限的認知

                  一身深灰色西裝、一條以化學元素裝飾的領帶,中國科學院院士、南開大學化學學院教授周其林以這樣的裝束出席了在北京人民大會堂隆重舉行的2019年度國家科學技術獎勵大會。

                  “這項工作意義,在於發現了一類非常高效的催化劑,用來合成手性分子,制造手性藥物。對於學術界的影響在於,很多過去不能夠合成的分子,現在能夠合成了;對產業界的影響就是,過去很多的藥物合成起來非常困難,現在合成這些藥物非常方便。”周其林這樣描述團隊此次的獲獎項目。

                  手性是指物體與其鏡像不能重疊的現象,如同人㊣ 的左右手。大到宇宙星雲,小到分子結構,手性現象在自然界中普遍存在。不同手性的分子結構相似而性能不同,甚至大相徑庭。在用於治療的藥物中,有許多是手性藥物,手性藥物的兩種對映異構體,在生理過程中會顯示出截然不同的藥效。然而,在通常的化學合成中,這兩種對映異構體出現的比例是相等的,所以對於制藥公司來說,他們每生產一公斤藥物,還要費盡周折,把其中另一半分離出來。因而,“想要右手分子就產生右手分子,想要左手分子就產生左手分子”的精準、高效地創造手性分子,就成為科學家追求的目標。不對稱催化由此誕生並成為創造手性分子最有效的方法。

                  周其林團隊的工作,主要是在不對稱催化領域,尋找或者設計新的更高效的手性催化劑。經過20年的持續努力和潛心攻關,周其林帶領團隊發展出一類全新的手性螺環催化劑骨架,基於這類骨架設計合成了一系列手性螺環催化劑──國內外同行稱之為“周氏催化劑”。這不僅是南開化學的標誌性成果,更成為合成化學中一個不可或缺的工具,被全球40多個研究組借鑒,系列手性螺環催化劑被列入國際著名試劑目錄,已被用於200多種不對稱合成反應,還被用於多種手性藥物的生產。手性螺環催化劑顯著推動了合成化學學科的發展。

                  “手性螺環催化劑帶動了手性催化劑的發展,在科學上是有引領性的。”作為該項目參評國家自然科學一等獎的推薦人,中國科學院院士、上海交通大學常務副校長丁奎嶺不吝於對這一科研成果的贊賞。丁奎嶺在談及推薦原因時說,手性螺環催化劑的發現和創造,不僅在科學上帶來突破,同時帶來了催化劑的卓越性能,繼而產生◥了推動藥物生產等一系列價值,具有“變革性”。

                  在過去的研究中,雖然已出現許多手性催化劑,但真正對多種反應都有效的所謂“優勢手性催化劑”很少。周其林帶領團隊發展的手性螺環催化劑,在多種不對稱反應中表現出極高的催化活性和優異的對映選擇性,甚至超越了大多數酶的水平,從而將手性分子的合成效率提高到了一個新的高度,也改變了人們對人工催化劑極限的認知。

                  在發展手性螺環催化劑的過程中,周其林團隊還系統發展了手性催化劑的設計方法,提出了“剛性骨架提高催化劑手性誘導能力和穩定性”的設計思想,為發展新型手性催化劑提供了理論依據。由於手性螺環催化劑的發展,多個不對稱催化反應由“不可能”變成為可能,拓展了不對稱催化領域。在催化效率方面,手性螺環催化劑在多個不對稱催化反應中都保持了最高的催化活性和對映選擇性記錄,特別是2011年合成的一種高活性手性催化劑憑借455萬的轉化數,至今保持著分子手性催化劑的世界紀錄。當年刊登論文的那期《德國應用化學》(國際化學領域兩大頂級期刊之一)的封面圖片為長城,即寓意著周其林團隊“不到長城非好漢”的決心和登頂長城的喜悅。

                 

                  甘坐“冷板凳”20年

                  致力傳播“化學之美”

                  1978年,21歲的周其林以物理91分、化學89分的好成績考入蘭州大學化學系。農村出身的周其林萬分珍惜這來之不易的學習機會,他抓緊一切時間學習。大學畢業時,周其林就明確了自己的人生方向──從事有機化學的基礎研究。

                  1999年,周其林被教育部聘為第一批“長江學者”特聘教授,並轉入南開大學工作。南開大學的有機化學科研實力強,學生素質高,加之學風嚴謹,為周其林安心做學問提供了良好的環境。從此,手性螺環催化劑也成為了周其林20年來的工作的核心。

                  “每天早晨8點前準時到實驗室,晚上八九點鐘才離開,離開前和實驗室的同學一一交流,一周6個工作日……”說起周其林的作息和工作安排,課題組成員王立新高級工■程師覺得“如同化學反應一樣嚴謹”,特別是課題組每個周六下午的組會,20年來更是雷打不動,很少會因為其他事情而將其取消。有時候周其林一下飛機,就拎著行李箱趕回實驗室參加組會。

                  在外人看來在“冷板凳”上單調枯燥的生活,對於周其林來說卻充滿魅力。不斷改進合成新的配體︻和催化劑,螺環結構在周其林的手中宛如一只奇妙變幻的萬花筒。

                  然而,整個研究過程並不是一帆風順的,甚至在大多數情況下,都是失敗的:課題組做出來的催化劑,“對這個反應也沒效,對那個反應也沒效”是常有的事。但周其林始終堅持:“只要我們做出來,就一定是原來沒有的。”

                  面對失敗,周其林經常會說:“做得不成功的時候,有時也會有收獲。”比如,某次實驗保護沒做好,水汽進去了,想做的東西沒做出來,卻發現得到的副產物更有用。用心分析每一次反應,可能有意外之喜,這是研究的樂趣所在。正如他所說:“化學是一個最富創造性的學科。我們每天都在創造新物質,好奇心得到極大滿足,我很享受這個過程。”

                  堅持原創和追求嚴謹,是丁奎嶺眼中的周其林對於學術的態度。“2001年已經有科學家在不對稱催化領域獲得了諾貝爾獎,要在這樣的高度上,形成原始創新性突破,是很有難度的。國際上有那麽多科學家進行相關的研究,如果不夠嚴謹的話,就可能會受到同行的質疑。”丁奎嶺說。

                  20年來,周其林獲得過很多有分量的大獎:首屆中國化學會手性化學獎、全國教書育人楷模、被譽為“中國諾獎”的未來科學大獎……然而,走進周其林的辦公室卻發現,在最顯著的位置擺放的是歷年學生的實驗記錄。這從側面反映了科學研究在他心目中的地位。

                  在周其林看來,作為∮一名教師,培養人才是第一重要的事情,做科研在某種意義上講也是教育,是培養創新型人才。如今,周其林已為國家培養了70余名優秀博士和碩士,他們大多在國內外知名大學、研究機構、制藥公司任職,成為科學研究和技術開發的骨幹,多人獲得國家基金委傑出青年基∮金、優秀青年科學基金資助,入選國家萬人計劃、長江學者獎勵計劃等。

                  “我最好的科研成果,實際上是我培養的學生。”在課題組成立20周年之際,學生們紛紛歸來參加這次特殊的“組會”,望著濟濟一堂的愛徒們,周其林不由道出心聲。

                  在南開大學,幾乎人人都知道,周其林院士的課題組是面向全校學生開放的,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裏體驗一番。周其林說,對於各種各樣的人,只要願意學化學,他都願意為此花上“一點時間、一點精力”。

                  2003級哲學系的宋頌在大三的時候決定轉到自己一直感興趣的化學系,在研究生階段進入周其林課題組,周其林幫他從最基本的實驗操作練起,每次課題組組會,周其林也總會格外關註宋頌的匯報,並對他“加開小竈”。在周其林指導下,2014年,宋頌獲得天津市優秀博士學位論文獎,現在已經成為北京大學醫學部一名副教授。課題組的大門還曾向2011年從北京大學醫學部英語專業本科畢業的陳勇敞開,2014年在周其林指導下,陳勇完成碩士論文並赴奧地利攻讀博士學位。

                  “他們從學習哲學、英語專業,到希望能夠學習化學,可見其決心,我沒有理由不接受他們,他們只是實驗少了些,我幫他們補上就是了。”周其林說,“化學能夠創造出這個世界原本沒有的東西,是一門非常迷人的學科,我做的最重要一件事,就是為學生打開創造世界的大門。”

                  周其林不止一次向同事們提出這樣一個問題:我們在高校裏做基礎研究的最大意義是什麽?他給出的答案是:教育和培養學生。周其林認為,這是作為一名教師的“初心”。

                  “高校的科研是為了育人,周老師的這一觀點對我影∑響很深,在自己教書育人的工作實踐中,我牢記周老師對我的教導。”課題組成員、化學學院院長朱守非教授說,“科研為了育人,這讓我們不會把學生當做‘員工’來對待,如果學生出現問題,我們會努力幫助他們,而不會苛責他們。”

                  這一點,南開大學2014級直博生李茂霖也深有體會。確定直博後,李茂霖大三下學期進入周其林的課題組,開始接觸“真正的”科研和實驗。“對於一個實驗‘小白’,周老師不僅沒有嫌棄或是不耐煩,還利用組會的時間給我講解,課題組裏師兄師姐也給我指點實驗最基本的操作方法規程。”李茂霖說,周老師對於學生非常耐心,但要求卻不會降低,“我們進了課題組就會和研究生有同樣標準的要求,不々會因為是本科生就降低標準,我們也需要撰寫、提交、反復修改實驗報告等。”

                  有人曾經問周其林,作為一個院士,每天做這麽多細碎的工作,覺得值得嗎?周其林卻笑著說:“沒有什麽比和我的學生一起探索未知更幸福、更快樂的事了,這讓我沈浸其中☆,我很平靜、很享受,其他的事情,我就會忘了。”

                 

                  未來轉型挑戰其他新領域

                  “催化”更多原創成果

                  對周其林本人來說,力爭在基礎研究領域創新突破,是他始終不變的追求。在談及今後的科研方向時,周其林表示,手性螺環催化劑還會發展,但不再是課題組今後的主要科研攻關方向。

                  很多人驚訝於周其林的這一決定,畢竟“周氏催化劑”從研發到廣獲贊譽,凝聚著課題組20年的心血,且如今依然有空間將↘其發展得更為完美,就這樣“轉戰”其他領域,實在是可惜。

                  “作為基礎研究,原創性的工作已經完成;接下來,周老師會繼續帶領我們瞄準其他更加基礎的領域去研究。”對於周其林的決定,朱守非√是這樣認識的:周老師的手性螺環催化劑是“從0到1”的工作,他開拓了不對稱催化新領域,其原始創新的工作已經基本結束。至於將手性螺環催化劑應用到更多藥物、農藥、香精香料等的合成和生產這樣的研究工作,會有應用型科學家跟進。

                  “直到我也成為一名教師,我才能夠理解周老師的良苦用心。”朱守非這樣說道。從2000年讀研開始★,朱守非進入了周其林的課題組,博士畢業後留校任教。他告訴記者,剛進課題組時,他發現導師周其林的文章數量並不是很多。在同行們文章不斷的情況下,周老師的壓力應是挺大的,但他從不把壓力傳導給學生,他甚至給學生們開出更高的“科研津貼”,以便讓大家更從容地做自己喜歡的研究,感受創造帶來的樂趣。

                  “能夠守住原則、把握節奏,為我們後學之♂人樹立了榜樣。”朱守非說。

                  實際上,面對周其林提出的“轉型”,課題組的成員已經有了很好的研究方向:謝建華教授致力於發展復雜天然產物不對稱全合成的方法,朱守非致力於豐產金屬催化劑的研究。而周其林本人則著眼於二氧化碳和生物質的轉化,他經常想,幾十年、一百年以後,石油、天然氣等化石資源枯竭後,將用什麽原料來合Ψ成人類文明所依賴的材料?這位肩負“創造新物質”責任的化學家,已著眼於未來,將“催化”出更多原創性成果。

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