周其林：在冷板凳上“催化”出原创成果

　　中青报·中青网记者胡春艳 通讯员 马超

　　戴着一条以化学元素装饰的领带，中国科学院院士、南开大学化学学院教授周其林出席了在北京人民大会堂举行的2019年度国家科学技术奖励大会。

　　凭借“高效手性螺环催化剂的发现”项目，周其林带领团队一举获得2019年度国家自然科学奖一等奖。此奖项被认为是中国自然科学领域的最高奖项，历史上曾多次出现空缺。

　　改变人们对人工催化剂极限的认知

　　如同人的双手，左手与右手互成镜像，而不能重合，这种在自然界中普遍存在的现象被称为手性现象。大到宇宙星云，小到分子结构，不同手性的分子结构相似而性能不同，甚至大相径庭。在用于治疗的药物中，有许多是手性药物，手性药物的不同对映异构体，在生理过程中会显示出不同的药效。然而，在一般化学合成中，手性分子的这两种对映异构体出现的比例是相等的，因此，每生产一公斤药物，人们不得不费尽周折，再把另一半分离出来。

　　精准、高效地创造手性分子是科学家一直以来的梦想和追求，不对称催化由此诞生并成为创造手性分子最有效的方法。

　　周其林团队的工作，主要是在不对称催化领域寻找或者设计新的更高效的手性催化剂。“这项工作意义，在于发现了一类非常高效的催化剂用来合成手性分子，制造手性药物，”周其林用通俗易懂的语言来解释这项研究带来的影响，“对于学术界的影响在于，很多过去不能够合成的分子，现在能够合成了；对产业界的影响就是，过去很多的药物合成起来非常困难，现在合成这些药物非常方便。”

　　过去20年里，周其林带领团队潜心攻关，发展出一类全新的手性螺环催化剂骨架，基于这类骨架设计合成了一系列手性螺环催化剂——国内外同行称之为“周氏催化剂”。这成为合成化学中一个不可或缺的工具，被全球40多个研究组借鉴，被用于200多种不对称合成反应，还被用于多种手性药物的生产。

　　“手性螺环催化剂带动了手性催化剂的发展，在科学上是有引领性的。”作为该项目参评国家自然科学奖一等奖的提名人，中国科学院院士、上海交通大学常务副校长丁奎岭说，手性螺环催化剂的发明和创造，不仅在科学上带来突破，同时带来了催化剂的卓越性能，继而产生了推动药物生产等一系列价值，具有“变革性”。

　　在过去的许许多多研究中，虽然已出现不少手性催化剂，但真正对多种反应都有效的所谓“优势手性催化剂”很少。在合成用于治疗的手性药物时，人们总是渴望有一天能实现“想要右手分子就产生右手分子，想要左手分子就产生左手分子”。

　　周其林带领团队发展的手性螺环催化剂，在多种不对称反应中表现出很高的催化活性和优异的对映选择性——甚至超越了大多数酶的水平，从而将手性分子的合成效率提高到了一个新的高度，改变了人们对人工催化剂极限的认知。

　　由于手性螺环催化剂的发展，多个不对称催化反应由“不可能”变成为可能，拓展了不对称催化领域。在催化效率方面，手性螺环催化剂在多个不对称催化反应中都保持了最高的催化活性和对映选择性记录，特别是2011年合成的一种高活性手性催化剂凭借455万的转化数，至今保持着分子催化剂的世界记录。刊登论文的那期《德国应用化学》把中国的长城作为封面图片，寓意着周其林团队“不到长城非好汉”的决心和登顶长城的喜悦。

　　“我最好的科研成果，是我培养的学生”

　　1999年，周其林被教育部聘为第一批“长江学者”特聘教授，转入南开大学工作。此后的20年里，他一直致力于手性螺环催化剂研究。

　　“每天早晨8点前准时到实验室，晚上八九点钟才离开，一周6个工作日……”在课题组成员、南开大学化学学院高级工程师王立新看来，周其林的作息“如同化学反应一样严谨”。他会与实验室的学生逐一交流，20年来鲜少缺席课题组的“组会”，有时候刚下飞机，拎着行李箱就直奔实验室。

　　事实上，早在2001年已经有科学家在不对称催化领域获得了诺贝尔奖，要在这样的高度上，形成原始创新性突破，其难度如同在攀登科研的珠穆朗玛峰。

　　科研过程当然不会一帆风顺，甚至在大多数情况下，失败像一个甩不掉的敌人，如影随形。他们必须不断面对一次次打击：做出来的催化剂“对这个反应无效，对那个反应也无效”。

　　坐在基础研究“冷板凳”上的日子，对于周其林来说却充满魅力，那些接二连三的失败在他看来，“做得不成功的时候，有时也会有收获”。比如，某次实验保护没做好，水汽进去了，想做的东西没做出来，却发现得到的副产物更有用。用心分析每一次反应，可能有意外之喜，这是研究的乐趣所在。他尝试不断改进合成新的配体和催化剂，螺环结构在周其林的手中，宛如一只奇妙变幻的万花筒。

　　周其林称化学“是一个最富创造性的学科”。因为每天都在创造新物质，“好奇心得到极大满足，我很享受这个过程。”

　　20年来，周其林获得过很多有分量的大奖：首届中国化学会手性化学奖、全国教书育人楷模、被誉为“中国诺奖”的未来科学大奖……然而走进周其林的办公室却发现，在最显著的位置摆放的是历年学生的实验记录。这从侧面反映了科学研究在他心中的地位。

　　在周其林看来，作为一名教师，“培养人才”是第一重要的事情，做科研在某种意义上讲也是教育，是培养创新型人才。如今，周其林已为国家培养了70余名优秀博士和硕士，他们大多在国内外知名大学、研究机构、制药公司任职，成为科学研究和技术开发的骨干。

　　“我最好的科研成果，实际上我培养的学生。”周其林说。

　　目光锁定未来 “催化”出更多原创成果

　　力争在基础研究领域创新突破，是周其林始终不变的追求。不久前，周其林作出一个惊人的决定：手性螺环催化剂还会有发展，但不再是课题组今后的主要科研攻关方向。

　　这一决定令众人哗然，毕竟“周氏催化剂”从研发到广获赞誉，凝聚着课题组20年的心血。很多人惋惜，这个领域依然有空间将其发展得更为完美，“转战”其他领域，实在是可惜。

　　“作为基础研究，原创性的工作已经完成；接下来，周老师会继续带领我们瞄准更加基础的领域去研究。”对于周其林的决定，课题组成员、化学学院院长朱守非教授这样理解：周其林的手性螺环催化剂是“从0到1”的工作，他开拓了不对称催化新领域，其原始创新工作已经基本结束。至于将手性螺环催化剂应用到药物、香精香料等的合成和生产这样的研究工作，会有应用型科学家跟进。

　　从2000年读研开始，朱守非进入了周其林的课题组，博士毕业后留校任教。他告诉记者，刚进课题组时，他发现导师周其林的文章数量并不是很多。在同行们文章不断的情况下，周老师从不把压力传导给学生，甚至给学生们开出更高的“科研津贴”，以便让大家更从容地做自己喜欢的研究，感受创造带来的乐趣。

　　“能够守住原则、把握节奏，为我们后学之人树立了榜样。”朱守非说。

　　如今，周其林正在关注二氧化碳和生物质的转化研究。他经常思考，一百年后，石油、天然气等化石资源枯竭后，将用什么来合成人类文明所依赖的材料？

　　这位负责“创造新物质”的化学家，早已把目光锁定未来，期待“催化”出更多面向未来的原创性成果。