科學網—化物所的核磁共振研究回顧

2020-11-30 科學網

 

■韓秀文

結構化學早在1962年就被列入中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱化物所)十年發展規劃中擬建立的6個學科領域之一。所裡先後成立了質譜和紅外等題目組。

20世紀70年代末期,時任所長、有機化學家顧以健和副所長郭和夫意識到結構化學對有機化學和絡合催化研究的重要性,於是在二室組建了「結構化學」題目組,由胡皆漢任組長,先後裝備了紅外、順磁共振和紫外等儀器,並從美國進口了化物所第一臺傅立葉變換的核磁共振波譜儀(FT-80A),結構化學組初具規模。

同時期,我被調入結構化學組負責核磁共振工作。除了譜儀本身,還需要建立完備的冷卻水系統。時任所黨委書記王坪親自領導、組織和安排安裝條件的準備及接待工作,組裡配備了高水平的儀器維修人員,安裝和驗收工作十分順利。

1981年,我們與北京師範大學教授王金山合作,首先在國內開展了二維J譜核磁共振及13C晶格弛豫研究,並承擔了胡皆漢主持的國家「七五」科技攻關項目和國家自然科學基金課題,開展了有機物、絡合物結構確定、反應機理以及金屬多核核磁共振研究,確定了百餘種未見文獻報導的新化合物的分子結構,為所內外的合成化學研究作出了積極貢獻。

1987年初至1988年,我赴瑞士、西德進修,學習和掌握了現代脈衝NMR理論和二維核磁共振實驗技術。1988年以後,北京藥物所引進了國內第一臺500兆超導譜儀,中科院蘭州化學物理研究所和蘭州大學先後裝備了400兆超導譜儀,我應邀擔任它們的核磁共振指導和顧問。而此時化物所FT-80A譜儀的功能已遠遠不能滿足研究的需要了。從我進修學習回國到1996年長達8年的時間裡,在所裡沒有高場超導譜儀的情況下,我們還是一直活躍在國內高場和現代脈衝NMR研究領域。利用上述研究所的譜儀,我們堅持從事二維NMR波譜學研究,完成科研項目。香港中文大學教授歐陽植勳讓我們無償使用他們的高場液體和固體高分辨譜儀長達1年之久,使我們完成了與日本大INK公司的國際合作項目;1995年 L. Frydman 建立了多量子魔角旋轉方法,1996年我們在歐陽教授的實驗室裡成功實現了SAPO-34的3Q-MAS譜,如今該方法已經成為我們實驗室催化劑研究的常規方法。

1991年,我作為中國科學院「生命過程中的化學問題」考察團成員(團長是原上海有機所所長、時任科技部副部長惠永正),赴美國考察了美國Scripps研究所、美國碳水化合物研究中心等化學研究所,哈佛、麻省理工、斯坦福、伯克利等十多所美國著名的大學化學系和著名化學公司研發部。其中美國著名的有機化學家K. Barry Sharples在Scripps的實驗室給我們留下了深刻印象,他的不對稱合成研究結果於2001年獲得了諾貝爾化學獎。在這次考察中,我們認識到美國的化學研究已全面轉向生命過程中化學問題的研究。

隨後,惠永正主持啟動了「九五」攀登預選項目「生命過程中主要問題研究」。1992年初,化物所所長袁權主持了「生命科學和生物技術中的化學和化工問題學術報告會」。這次報告會和1991年的考察,對於在化物所開展生命科學和生物技術中的化學和化工問題研究起到了促進作用。

1996年,催化基礎國家重點實驗室裝備了固液兩用超導核磁共振譜儀(DRX-400)。隨後,所裡將結構化學組進行整合,我被調入催化基礎國家重點實驗室包信和研究組。我們採用固體高分辨核磁共振技術,開展了多相催化劑結構、性質、催化過程及催化機理的原位核磁共振研究。

化物所的核磁共振波譜研究工作一直得到國內同行的高度評價。2002年10月,化物所承辦了第十二屆全國波譜學學術會議。這是一次盛況空前的全國波譜會。會議期間,K.Wüthrich因建立生物大分子溶液結構的核磁共振方法而榮獲2002年度諾貝爾化學獎的喜訊傳來,這是繼Bloch、Purcell(1952年)和R. R. Ernst (1991年)之後,核磁共振方法學發展以及應用研究第3次獲得諾貝爾獎,是核磁共振發展史上的又一裡程碑。2003年,P. C. Lauterbug 和 S. P. Mansfield因核磁共振成像的發現和應用又一次獲得了諾貝爾獎。這充分說明了核磁共振波譜學在生物大分子和藥物分子結構測定以及化學、物理學、生物學和醫學的應用中發揮了巨大作用。會議期間,包信和所長邀請了葉朝輝院士等近20位全國波譜學專家,為化物所核磁共振譜儀的配備獻計獻策。專家們一致認為,針對化物所的多種學科,需要裝備多臺液體和固體高分辨核磁共振譜儀。

2003年,實驗室裝備了一臺400兆寬腔固體高分辨核磁共振波譜儀(Infinityplus 400 WB),我們還成功地實現了DRX-400譜儀的帶磁場搬移,建立了新的核磁共振實驗室。

2001年我應我國臺灣地區「中研院」原分所教授劉尚斌邀請訪問該所,學習129Xe NMR方法。隨後包信和指導設計了催化劑脫水、吸附裝置,在實驗室建立和開展了129Xe NMR研究多孔材料孔結構的實驗。

2004年底,所裡引進院「百人」張維萍,在包信和的大力支持和劉尚斌的幫助下,我們建立了原位連續流動超極化129Xe NMR裝置。在國家「973」項目「甲烷無氧芳構化」課題中,我們成功地創建了原位研究高溫催化反應過程的核磁共振新方法。該項目實現了甲烷芳構化理論和技術的新突破,獲得了2005年度國家自然科學獎二等獎。這期間我們培養了多名碩士和博士研究生,他們有些現已成為傑青、教授、研究員,活躍在國內外科研和教學崗位上。

2011年,包信和與劉中民團隊聯合裝備了600兆固體NMR譜儀(AVANCE III 600MHz)。同年3月20日,包信和主持舉行了「600兆固體NMR譜儀啟用和固體核磁共振在催化材料中的應用」研討會,葉朝輝院士等近20位全國固體核磁共振專家作了精彩的學術報告,大家進行了熱烈的討論和交流,這對我們開發600兆固體NMR譜儀的功能用於催化研究起到了很好的促進和推動作用。

2017年,化物所從國外引進侯廣進博士,成立了「固體核磁共振與催化化學組」創新組,中科院的修購計劃為化物所裝備了800兆固體NMR譜儀,化物所的固體核磁共振實驗室已成規模。核磁共振研究骨幹和研究工作已圓滿完成了新老接替。

2019年6月12日,「中國科學院磁共振技術聯盟」成立,武漢物理與數學研究所和化物所等十所優勢學科單位成為首批成員所。

從1980年至今,我從事核磁共振波譜學研究近40年,從第一臺電磁鐵80兆譜儀,到現在所平臺和各研究室的液體和固體高場超導核磁共振波譜儀已達9臺,化物所研究工作的發展真是突飛猛進,永磁鐵和電磁鐵譜儀早已成為歷史「文物」。化物所核磁共振波譜學的發展僅僅是所發展史中的一個小亮點,是化物所百花園中的一朵小花和一片綠葉而已。我為能成為化物所大海中的一滴水,為所的發展貢獻了自己的一點微薄之力而深感欣慰。

作者簡介:

韓秀文,女,1941年3月出生。現已退休,任大連化學物理研究所諮詢委員會委員。

《中國科學報》 (2019-11-26 第3版 綜合)

相關焦點