新華網北京1月10日電 題:歷時20年，發現手性螺環催化劑，將手性分子的合成效率提至新高度——訪2019年度國家自然科學獎一等獎獲得者周其林
新華網 趙秋玥
手性螺環催化劑是新世紀不對稱催化領域最重要的發現，已被廣泛應用於不對稱合成反應，成為合成手性分子的重要工具。
2020年1月10日，中國科學院院士、南開大學教授周其林因為《高效手性螺環催化劑的發現》榮獲2019年度國家自然科學獎一等獎。該項研究提出的增加配體骨架剛性提高手性催化劑效率的設計思想，對於發展新型手性催化劑具有指導意義。
鮮有人知的是，這項研究，周其林帶領他的團隊，整整攻克了20年。
究竟是怎樣一種熱愛，能夠潛心20年，專攻一件事？
近期，新華網走進南開校園，近距離感受周其林研究團隊，如何用嚴謹、勤奮催化出化學之美。
高效且應用廣泛的「周氏催化劑」
手性是指物體與其鏡像不能重疊的現象，如同人的左右手。從分子、原子等微觀粒子到宏觀物質世界，手性現象普遍存在。
據介紹，構成生命體的基本物質如蛋白石、DNA、糖等都具有手性，所以能夠識別客體手性分子的對映異構體，這是手性化合物對映異構體具有不同生理活性的根本原因。
市售藥物中，50%是手性藥，在研的1200種新藥中有820種是手性藥，約佔研發藥物總數的70%。除了手性醫藥、農藥外，手性已涉及香精香料、精細化學品和液晶材料等諸多領域。
據了解，不對稱催化是合成手性分子的主要方法，是合成化學的前沿研究領域，其核心是手性催化劑。但是過去40年，由於缺少廣譜性的手性配體基本骨架，真正高效、獲得廣泛應用的手性催化劑很少。
在周其林院士帶領下，該團隊經過20年探索，發現了一類全新的手性螺環配體骨架結構，在此基礎上，發展了一系列手性螺環催化劑，這些手性螺環催化劑具有廣譜性，在許多不對稱催化反應中都表現出優於其他手性催化劑的催化活性和對映選擇性。例如，手性螺環銥催化劑在多種不飽和羧酸的不對稱催化氫化反應中，都保持了目前最高的催化活性和對映選擇性記錄，在酮的不對稱氫化反應中，更是取得了450萬的催化轉化數，成為迄今為止最高效的手性催化劑；手性螺環銅和鐵催化劑解決了金屬卡賓對雜原子-氫鍵不對稱插入反應的對映選擇性低下的難題，將其發展成為具有很高選擇性的反應。手性螺環催化劑的發現和應用，將手性分子的合成效率提高到一個新高度。
這些催化劑被國內外同行稱為「周氏催化劑」，如今已成為合成化學中一個不可或缺的工具，不僅被用於200多種不對稱合成反應，還被製藥公司用於多種手性藥物的生產。
對於周其林及其團隊所取得的突破，提名人中國科學院院士丁奎嶺在接受新華網採訪中表示，周院士學術上最大的特點一是追求原創，二是嚴謹。「螺環骨架催化劑的發現突破了過去大家對螺環結構的認知，又帶來了催化劑卓越的性能和對藥物的生產所產生的價值，解決了原來的催化劑所不能解決的問題。無論從科學突破還是在科學界、產業界帶來的影響，周院士獲得國家自然科學獎一等獎實至名歸。」
另一名提名人，中國科學院院士、南開大學副校長陳軍評價道，手性螺環雖然是學術概念，但跟大眾生活息息相關。首先，手性的領域很大，但在手性催化劑領域，是周先生團隊在世界上率先提出手性螺環催化劑的設計思想，這體現了該項研究的原創性。其次，周先生團隊又將這一設計思想變成事實，特別是在酮的不對稱催化反應中的轉化數達到450萬，創造了手性催化效率記錄。第三，手性螺旋催化劑具有普適性，能夠大量推廣，用於許多不對稱催化反應，並有產業化的前景，對發明創造有很大貢獻。
做深做透，才有可能攀登科學高峰
除了搞科研，教學也是周其林院士的重要工作。這裡所說的教學，並非僅局限於給學生們上課。周其林不止一次對學院的教師們提出這樣一個問題：我們在高校裡做基礎研究的最大意義是什麼？
對此，他給出的答案是通過研究來教育和培養學生，特別是研究生。「我們最好的科研成果其實是培養了很多人才，他們有的留在高校做科研，有的進入企業成為骨幹，這就是我們教育最大的收穫。」
也正是憑藉嚴謹、勤奮、專注、努力的學風建設，周其林團隊才取得了今天的收穫。
「2000年，我成為周先生的一名研究生，為了讓我們專心做研究，周先生不僅創造了很好的環境，引導我們思考，還根據每個人的特點，給予我們很大的發揮空間，鼓勵做出自己的特色。」南開大學化學學院副院長朱守非教授坦言。
南開大學元素有機化學研究所謝建華教授補充道：「寫博士論文的時候，周先生非常嚴謹，給我們一遍遍批改，最後全篇文章批註、修改都是紅色，所以我們的數據非常嚴謹。」
南開大學元素有機化學研究所王立新高工對此深有感觸，她說，與周先生一起工作的這20年，是每天都在學習的20年。「我在實驗室主要負責分析工作，以我們學生合成手性化合物後要做的色譜分析為例，假如手性化合物在色譜圖上出峰需要100分鐘，周先生就會要求學生做到200分鐘，這樣做的目的是要看樣品是否含有其它雜質，並且保證目標化合物在色譜圖中處於坐標的中心位置，呈現嚴謹的圖像。」
王立新進一步補充道，每個周六下午是我們實驗室的組會時間，已經堅持了二十年，從未間斷。周先生出差時，如果趕上謝老師和朱老師不在，他周六就會趕回來，拎著行李箱直接來到實驗室和學生們開組會。
「我回國剛到南開化學學院工作那幾年，周先生自己沒怎麼發表論文，都是鼓勵學生去潛心做科研。他對每個學生選題、開題、報告，都有原始數據和過程記錄。」陳軍說道，「周先生在做院長期間對院裡學科建設、人才培養以及科學研究等方面抓得很緊，要求老師和學生們追求原創。特別是在基礎研究上，要求我們一定要做深做透，這樣才可能去攀登科學高峰。正是周先生倡導的嚴謹、勤奮、創新的學風建設，為今天化學院取得的成績奠定了堅實的基礎。」
周其林團隊：周其林（右二）、朱守非（右一）、王立新（右三）、謝建華（後排左二），圖片由周其林團隊提供。
強調基礎科學研究的重要性
每天早上七八點到實驗室，晚上八九點左右離開，離開前和實驗室的學生一一交流，一周6個工作日，這是周其林二十幾年來日復一日的周期運轉。
對此，周其林笑稱，現在下班時間已提前了。「50歲以前我一般21點以後回去，過了50歲是20點以後回去，現在超過60歲了，逐漸19點以後就回去了。估計到70歲，可能18點以後下班，80歲以後能實現17點以後下班。」周其林說。
20年，專心研究一個內容？苦不苦？
周其林坦言，對做研究的人來說，如果這不是自己所喜歡的，每天坐在辦公室裡不回家，那肯定太辛苦了。但對於喜歡的人來說，有空就往辦公室、實驗室跑，和學生們天天探討未知，有一種好奇心的滿足，所以覺得非常快樂。20年來從事手性螺環催化劑研究，是一件非常愉快的事，並不辛苦。但是，我們實驗室成員的家人肯定有怨言，但他們依然選擇了支持，為我們解決了後顧之憂，我們很感激他們。
「我們從事手性螺環催化劑研究，屬於基礎科學研究。其實現在很多困擾我們的問題，表面上看是技術問題，其實根源是基礎研究沒有做紮實，很多領域的基本科學問題沒有弄清楚所以做不出原創性的成果。創新是全鏈條創新，各行各業、各個階段都需要創新，但最基礎的源頭創新一定是從基礎研究中來。」周其林說。
對於廣大科技工作者，周其林建議，世界上沒有最好的工作，只有最適合你的工作。一定要找準自己喜歡的領域，堅持研究下去，然後享受這個過程。「做自己喜歡的事本身就是最幸福的。」
此外，周其林還強調，做科研一定要具備獨立思考的能力，因為做研究就是要發現未知的東西，基本上都是從質疑入手，懷疑現有的原理、定理、條條框框。「比如一個藥物，不能因為它已經使用了一百年了就不去研究它的副作用了。那是不科學的，也是不負責任的。」
關於未來，周其林表示，手性螺環催化劑將不再是他們團隊的主要研究方向。「對於高效手性螺環催化劑而言，我們已經完成從0到1的突破，今後應該交給應用領域的科學家，把它廣泛應用於藥物、農業、香精香料等行業。我們團隊未來的研究重心將轉向新的方向，例如生物質轉化、生物活性天然產物合成和豐產金屬催化反應等領域，依然是基礎科學研究，希望為科學、為國家可持續發展做一些貢獻。」