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南开大学周其林获国家自然科学奖一等奖!他和团队解决了困扰科学家半个多世纪的难题!

2020-01-10   新华每日电讯

  周其林接受采访。

  10日上午,2019年度国家科技奖揭晓,被视为“原创性最强、科学价值最高”的自然科学奖一等奖,颁给了南开大学周其林团队的“高效手性螺环催化剂的发现”。

  周其林带领的课题组发现了一类全新的手性螺环配体骨架结构,并在基础上发展了一系列选择性好、转化效率高、适应性强的手性螺环催化剂,将手性分子的合成效率提高到一个新高度。

  该奖项提名人之一,上海交通大学常务副校长丁奎岭院士认为,周其林课题组的原创性工作不仅引领了国际手性催化研究,而且在生产实践中得到广泛应用,体现了基础科研的作用和价值。

  前不久,《新华每日电讯》成风化人周刊曾报道过周其林教授的故事——

  一篇《科学》论文背后的

  南开百年化学情

  来源:2019年12月6日《新华每日电讯》成风化人

  作者:新华每日电讯记者张宇琪、宋瑞

  在微观世界里,有一大类分子存在手性异构体,它们像是人的左右手,互为映像,但如何旋转都不会重叠。

  但药物中,“左手”和“右手”手性分子的作用可能有天壤之别。如何控制手性分子的合成,一直是摆在科学家面前的一道难题。

  中国科学院院士、南开大学化学学院教授周其林带领课题组,在手性药物合成等研究上潜心多年。近日,周其林及朱守非团队在世界权威学术期刊《科学》上发表研究论文,讲述了研究团队用一种新颖的双催化剂协同催化合成手性氨基酸的策略。

  这一研究成果,解决了困扰不对称催化领域半个多世纪的难题。

  周其林在解释什么是“手性”。

  他们解决了一直困扰科学家的难题

  周其林所带领的课题组主要从事金属催化的有机合成反应、不对称催化、手性药物合成等研究。

  经过“板凳甘坐十年冷”的潜心攻关,周其林课题组设计发展出了一类全新的手性螺环配体骨架结构,又从这类骨架结构出发,合成了数百个系列手性螺环配体和催化剂。这些催化剂被国内外同行称为“周氏催化剂”。

  课题组成员,现任南开大学化学院院长朱守非说,“课题组成立20年来,一直兢兢业业地做一件事情,在催化剂的研究上一点点精益求精。化学,是需要工匠精神的。”

  科研成果的背后,是这些课题组成员们苦心孤诣,潜心科研。不少化学学院的学生说,经常看到周其林老师办公室的灯光亮到深夜。

  由于在合成化学研究中作出了卓越贡献,周其林在2012年获得首届中国化学会手性化学奖;2018年又获得第三届未来科学大奖——“物质科学奖”。

  2018年周其林和家人在未来科学大奖颁奖典礼上留影。图源:微信公众号“知识分子”

  11月22日,周其林及朱守非团队再次发表最新研究成果——双催化剂协同催化合成手性氨基酸,解决了科学家们一直以来想直接利用脂肪胺来高效合成手性胺类化合物的难题。

  朱守非说:“从未觉得科研是件枯燥的事儿,在实验室做实验就像破案一样,不知不觉就沉迷其中,会产生很多奇思妙想。”

  南开百年,化学人科研报国

  周其林和朱守非的研究一直在传承南开化学人服务国家发展实践的爱国理念。

  南开大学化学学科起源于1919年建校伊始的理科“化学门”,两年后,邱宗岳先生创建化学系,成为我国高校最早建立的化学系之一。

  1928年,张伯苓指出要“知中国,服务中国”,自此南开大学确立了“土货化”办学方向,即“贴近中国国情”“扎根本土实际”。应用化学研究所等一系列直接为社会服务的系科和研究机构应运而生,独开风气之先。

  1956年,何炳林、陈玉茹夫妇从美国回到母校南开大学任化学系教授。在简陋的科研条件下,何炳林在两年时间里合成出当时世界上已有的全部离子交换树脂品种,为核燃料铀的提炼作出巨大贡献。

  20世纪五六十年代,时任南开大学校长的杨石先响应我国农业发展的迫切需求,毅然放弃深耕几十年的药物化学研究,转向国家急需的有机农药研究,并取得了一系列重要成果。

  百年来,南开大学化学人血液里流淌着的爱国初心、报国之志,也深刻影响着周其林、朱守非二人。

  曾有人问朱守非,课题组在手性催化剂上解决了什么“卡脖子”的问题,朱守非答,“正是因为我们的研究,让其他人不能卡住我们的脖子,让中国在催化剂研究上有足够的声音。”

  2015年,周其林在给学生上课。图源:微信公众号“知识分子”

  “周氏催化剂”因具有很高的催化效率和选择性,被国内外同行所称道。目前“周氏催化剂”已成为合成化学中一个不可或缺的工具,被全球40多个研究单位借鉴使用,还被多家制药公司用于数十种手性药物及其中间体的生产。

  南开大学副校长、化学学院教授陈军说,一批批从化学学院毕业的学子从未忘记要为国家、为社会服务。化学研究应该顶天立地,既要重视基础研究,又要与实践应用相结合,服务于社会发展和科技进步。

  “探索化学世界,是最幸福的事”

  在周其林的办公室里,上百份档案袋整齐摆放,封面上工工整整地写着学生的名字,里面是他悉心保留的每名学生的实验报告。在周其林看来,这是他最宝贵的财富。

  周其林办公室保存的学生实验记录。

  在南开大学,周其林的课题组面向全校学生开放,无论本科、硕士或博士,只要对他的研究方向感兴趣,都可以到他的实验室里体验一番。周其林说,对于各种各样的人,只要愿意学化学,他都愿意为此花“一点时间、一点精力”。

  课题组每周开一次组会,学生们偶尔会请假,但周其林从不缺席。有时出差回来,他一下飞机就拎着箱子赶回学校参加组会,听取学生的汇报讨论情况。对于同学们提交的实验报告,返回来时通常是“一片红”,甚至标点符号都会改动。

  周其林曾说,我们要在科研中创造出一些新的物质,这些物质如果不被我们创造出来,或早或晚也会被其他人创造出来;但我们的学生,我们不去“催化”他们成长成才,谁又能去做这件事呢?育人,是教师的责任和“初心”。

  立德树人,南开大学化学学院的“师魂”一直在传承。抗战年代曾经有不少师生同赴沙场,新中国成立之后,李正名在杨石先老师的引导下走上农药化学研究之路,直至今日,无数的学子在南开教师的引导下,寻求科研之真谛。

  朱守非初进南开,便师从周其林教授,从此便整个身心都扑在化学研究中。他曾开展了一个将手性螺环磷氮配体用于催化非官能团烯烃的不对称氢化的研究,但是在研究中却遇到了困境。“周老师通过提问引导我进一步明确科学问题,完善想法,提升研究的高度和深度。”朱守非说,这种指导方式让他受益匪浅,真正喜欢上科学研究。

  在周其林不断地启发下,朱守非成功将该催化剂用于具有强配位能力的亚胺和不饱和羧酸的氢化中,并得到很高的活性和选择性,其中不饱和羧酸的氢化后来还被世界500强企业罗氏公司用于手性药物的生产中。

  花甲之年的周其林和不惑之年的朱守非都已成为不少南开学子的科研引路人。“泡”在实验室十多个小时、指导学生科研论文、参与教学工作、发表高水平学术论文……他们每天的日子简单又充实。

  “在实验室里做研究,和学生在一起探索迷人的化学世界,这是最幸福的事。”朱守非说。