周其林院士：生活里看化學(xué)，你沒發(fā)現(xiàn)的化學(xué)之美

二氧化硅2012 2020-07-19

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手性是宇宙間的普遍特征，體現(xiàn)在生命的產(chǎn)生和演變過程中。自然界生物體本身具有手性環(huán)境，因此對(duì)手性藥物的不同對(duì)映異構(gòu)體，會(huì)顯示出不同的療效。手性藥物必須對(duì)它的兩個(gè)異構(gòu)體進(jìn)行分別考察，都要經(jīng)過嚴(yán)格的生物活性和毒性試驗(yàn)，以避免其中所含的另一種手性分子對(duì)人體的危害，慎重對(duì)待一些藥物的另一對(duì)映異構(gòu)體。所以手性拆分技術(shù)越來越多用于手性藥物開發(fā)和生產(chǎn)。那么手性藥物到底是怎么來的？我們看看2018年未來科學(xué)大獎(jiǎng)-物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)獲得者周其林教授怎么說。

未來科學(xué)大獎(jiǎng)周

系列訪談

○

周其林

一半有效，一半有毒，

我研究的“手性”是什么？

我叫周其林，南開大學(xué)有機(jī)化學(xué)的教授。我做的研究主要是研究合成的方法，具體講就是怎么創(chuàng)造分子，那么創(chuàng)造分子呢，它是我們化學(xué)的一個(gè)中心任務(wù)，只有有了這樣一些分子，你才能夠再發(fā)展出一些有用的東西，比如說藥物、農(nóng)藥這些東西。

具體來說，我做的一些創(chuàng)造分子的方法，是做創(chuàng)造手性分子的方法。講到手性分子呢，它就是一類分子，它有一些異構(gòu)體，那么有了異構(gòu)體之間的相互關(guān)系，就像人的左右手了，所以它就叫手性分子，是這么來的。因?yàn)樗粋€(gè)異構(gòu)體就相當(dāng)于你的左手，一個(gè)異構(gòu)體相當(dāng)于你的右手，它相互之間是呈鏡像關(guān)系，雖然看起來一樣，但是實(shí)際上不一樣。

你只要戴個(gè)手套你就知道了，左手手套戴到右手上它就不合適。那為什么要研究這類分子呢？因?yàn)檫@類分子，它這兩個(gè)異構(gòu)體的性質(zhì)不一樣，尤其是對(duì)生命的生物性質(zhì)不一樣，比如說一些藥物，像我們現(xiàn)在吃的藥物里面有一半的就是手性的藥物，那手性藥物它一個(gè)異構(gòu)體常常有效，另外一個(gè)異構(gòu)體它有時(shí)候無效，甚至還有毒。

你如果要不把它分別做出來，那讓病人來吃這兩個(gè)異構(gòu)體的混合物的話，那不是帶來了災(zāi)難嗎？所以我們就發(fā)展了方法，就是要選擇性地合成我們要的那個(gè)異構(gòu)體，要左手的那咱就合成左手的異構(gòu)體，要右手的那就合成右手的異構(gòu)體，這就是我工作的性質(zhì)。

那么再具體講呢，我怎么才能做到這樣一些手性分子選擇性地合成它所需要的這個(gè)手性異構(gòu)體呢？那就是催化劑。那我的工作呢，過去的二十年主要的工作就集中在這個(gè)手性催化劑的發(fā)展上。通過這個(gè)努力，我們發(fā)展了一類手性螺環(huán)催化劑，這個(gè)螺環(huán)催化劑，目前是保持了在手性的合成里面的最高的效率。所以，獲得2018年的未來科學(xué)大獎(jiǎng)，有幸能得到這個(gè)獎(jiǎng)，也是因?yàn)檫@個(gè)催化劑的發(fā)現(xiàn)，它確實(shí)把手性分子的效率提高到了一個(gè)新的高度。過去我們用一個(gè)催化劑，常常用到十分之一，百分之一呀這些，或者千分之一了不得了，那我們現(xiàn)在的催化劑最高可以用到百萬分之一催化劑就夠了，那效率就非常的高了，而且選擇性呢，也非常的好。

與生活息息相關(guān)的手性現(xiàn)象

這個(gè)自然界里面很多東西，其實(shí)都有手性現(xiàn)象，我們只不過沒有注意它。我們生活的這樣一個(gè)宇宙的星云，實(shí)際上它旋轉(zhuǎn)的方向是確定的，這個(gè)是宏觀的。到了我們?nèi)粘５纳瞵F(xiàn)象，你去看看比如說一個(gè)藤條吧，那一個(gè)牽?；ò桑樦莻€(gè)樹呀往上爬的時(shí)候，它不是說亂的，今天左手螺旋，明天右手螺旋，它不是這樣的，它是有確定的攀爬方向的，這些都是手性現(xiàn)象。還有那個(gè)螺螄殼，那螺螄殼它是不是一個(gè)螺旋形的？那么它基本上都是右手螺旋的，左手螺旋的是很少的。

這些呢，就是我們能看到的宏觀的。那微觀的呢，到分子層次上，組成我們生命體的一些基本物質(zhì)，比如組成蛋白質(zhì)的氨基酸，它就是單一手性了，它就是L構(gòu)型的。組成我們的這樣一些糖的一些分子，它里面都是右旋的，它都是D型的，它不是說哪種構(gòu)型都有的，它有確定的構(gòu)型。也就說客觀世界里面，從微觀的到宏觀的很多的重要的物質(zhì)，它都是手性的，而且是單一手性的。那么正因?yàn)檫@樣，我們才研究手性分子，因?yàn)樗_實(shí)是跟我們的生活息息相關(guān)的。

研究要與環(huán)保節(jié)約結(jié)合

經(jīng)濟(jì)性，這個(gè)我相信大家都知道，就是用最節(jié)省的方法來做事情，那就叫這個(gè)事情做的比較經(jīng)濟(jì)，成本不高，對(duì)吧。那么在合成里面，在我們發(fā)展合成方法里面，也同樣有這個(gè)道理。你用到的原料，這個(gè)原料我們講是分子，做有機(jī)合成的話它講的是分子，這個(gè)分子里面呢，它是原子組成的。你這分子里面在做反應(yīng)的時(shí)候，是不是所有的原子都利用上了，利用了多少，這就有個(gè)效率問題，這個(gè)就是原子經(jīng)濟(jì)性。

如果你要做一個(gè)反應(yīng)，你的原料的分子里面的原子全部用上了，全部進(jìn)入到了分子里面了，100%的用上了，這個(gè)原子經(jīng)濟(jì)性就叫100%。那如果是用了一半，那原子量是一百，你進(jìn)去的原子量加在一起呢，只用了50，所以呢，你就是50%，這個(gè)原子經(jīng)濟(jì)性是這樣的。這個(gè)原子經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)在是在有機(jī)合成里面非常重要的一個(gè)概念，因?yàn)樗俏覀儸F(xiàn)在更加強(qiáng)調(diào)節(jié)約資源、節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)所要求的。你如果說能夠做到一個(gè)反應(yīng)，原子經(jīng)濟(jì)性100%，也就是說原料的分子里面的原子都用上的話，那你自然就沒有產(chǎn)生廢料了，那這樣的話對(duì)環(huán)境保護(hù)不就是更好了。

所以說，在現(xiàn)代有機(jī)合成，尤其是現(xiàn)在當(dāng)下對(duì)環(huán)境、對(duì)資源特別強(qiáng)調(diào)的情況下，原子經(jīng)濟(jì)性是個(gè)很重要的概念。隨著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境的要求是越來越高，因?yàn)橘Y源是越來越少了，你不提高它的利用效率的話，那以后就不可持續(xù)發(fā)展了。所以倒不是說以前呢，不知道這回事兒，而是以前沒有這么迫切的需要。那現(xiàn)在呢，隨著資源慢慢慢慢地越來越少，隨著環(huán)境的問題越來越突出，人的生活水平提高了，對(duì)環(huán)境呀、對(duì)資源的要求也高了，所以大家就更加重視了。

現(xiàn)在呢，我們做基礎(chǔ)研究的人就是非常的重視這個(gè)問題，所以我們從源頭上發(fā)展出一些方法來，它就是綠色的，它就是高效的，它就是原子經(jīng)濟(jì)性高了，這樣才能使得真正生產(chǎn)的過程當(dāng)中呢，從源頭上就減少了。

科研就是要享受創(chuàng)造之美

因?yàn)槲抑饕亲隹蒲械模俏宜鶑氖碌慕逃饕茄芯可A段。對(duì)我來講，教育跟科研就是一回事兒了，因?yàn)槭俏疫@個(gè)特殊的教育，從事的這個(gè)教育的特殊的階段決定的。研究生教育的話，那一定是要帶著學(xué)生進(jìn)入到科研，讓他享受到創(chuàng)造之美，它是個(gè)快樂，享受到創(chuàng)造的快樂。

成功的喜悅它能彌補(bǔ)、補(bǔ)償他所有的付出，所以如果說一個(gè)老師的話，他能夠帶領(lǐng)學(xué)生做真正的創(chuàng)新性的研究，那就是最好的教育，對(duì)研究生來講就是最好的教育。最重要的就是你是不是在從事最前沿的科學(xué)研究，這是最重要的，如果你本身做的研究就不是前沿的，那學(xué)生到這兒來就沒有創(chuàng)造出什么新東西，他就享受不到這種創(chuàng)造的快樂了，所以他當(dāng)然就不會(huì)熱愛這個(gè)東西，所以最重要的還是自身的提高，自身是不是在從事最前沿的研究，這是我的體會(huì)。

困難總是多的，成功相對(duì)來說，這個(gè)時(shí)間上是少的，但是正因?yàn)槟銊?chuàng)造出來新東西，那個(gè)快樂能彌補(bǔ)你前面所有的不快樂的時(shí)候，所以他還接著干，我就有這樣的體會(huì)。

雖然平時(shí)做這個(gè)研究，有很多時(shí)候都失敗了，在失敗的時(shí)候，你要有個(gè)正確的心態(tài)，探索未知就是這樣的，它本身就是一種過程，就是一種享受。我今天探索了一個(gè)新的方法，看看行不行，滿懷希望，那最后不行，不行沒關(guān)系，我再來想一個(gè)辦法。每天嘗試新的挑戰(zhàn)，總有成功的時(shí)候吧，那一個(gè)成功就能彌補(bǔ)前面好長(zhǎng)時(shí)間的失敗。這個(gè)化學(xué)確實(shí)是一個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，但是它也要豐富的想象力，因?yàn)槭裁茨兀恳驗(yàn)橐粋€(gè)復(fù)雜的分子，我今天講的是很簡(jiǎn)單的分子，它因?yàn)樯婕暗阶罨A(chǔ)的非常本質(zhì)的化學(xué)鍵成鍵，碳碳鍵成鍵，所以說有人講有機(jī)合成也是一門藝術(shù)，它又有實(shí)際的一面，也有想象力的一面，只有想象力豐富的人呢，才能做好化學(xué)，你能想出一些別人想不出來的方法，想象力要豐富。

但同時(shí)你也要非常的勤勞，所以化學(xué)它的要求高就高在哪兒呢？既要大腦又要雙手，很多的科學(xué)要一樣就行了。

周其林

2018年未來科學(xué)大獎(jiǎng)-物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)撸?/strong>南開大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院院士

2009年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士；2012年獲得首屆中國(guó)化學(xué)會(huì)手性化學(xué)獎(jiǎng) ；2013年擔(dān)任南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)；2018年獲得未來科學(xué)大獎(jiǎng)-物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)；2019年獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

周其林主要研究不對(duì)稱催化，包括設(shè)計(jì)合成新型手性配體和手性催化劑，開發(fā)新的不對(duì)稱催化反應(yīng)；生物活性的手性天然和非天然化合物合成；手性藥物合成。

未來科學(xué)大獎(jiǎng)

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來自：二氧化硅2012 > 《化學(xué)》

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