享受创造带来的满足与快乐

——访二〇一九年度国家自然科学奖一等奖获得者周其林

光明日报记者 陈海波 陈建强

　　国家自然科学奖是奖励在基础研究领域作出重大贡献的项目奖项。在历年的国家科技奖中，该奖项一等奖曾数次空缺，而“高效手性螺环催化剂的发现”，是今年唯一获得该奖项一等奖的项目。

　　周其林感到庆幸。这位热爱基础研究、喜欢发现和创造的科学家，认为自己选对了路——化学。“化学能创造出这个世界原本没有的东西。”他说，自己享受这种创造带来的好奇心满足，以及无以言表的快乐。

　　周其林是南开大学化学学院教授、中国科学院院士。记者初见他，是在南开大学元素有机化学国家重点实验室。针对有人对实验室名称中“元素”二字的不解，周其林解释：研究所最开始的研究是按化学元素来划分，比如有机磷、有机硅等。“但现在不再按元素来分了，因为许多元素我们的研究都有涉及。”轻描淡写中透出一种自信。

　　徜徉于化学元素和分子世界，周其林要做一个发现者与创造者。此次我们要采访的内容，正是他的一项创造——高效手性螺环催化剂，刚刚获得2019年度国家自然科学奖一等奖的项目。

　　一个催化剂转化450万个化合物

　　化学家的一个重要目标是创造新的分子（也叫化合物），这个创造过程就是化学反应。物质经过化学反应，生成新的物质，很多时候需要催化剂帮忙。“化学家创造化合物时，需要催化剂，好的催化剂能解决很多反应问题。”周其林创造的手性催化剂，能合成各种手性化合物。

　　要理解周其林的这项创造，首先要明白：何为手性？

　　周其林举起自己的双手，解释道：“手性是指物体与其镜像不能重叠的现象，如同人的左右手，互为镜像，但相互不能重叠。”

　　不仅仅是我们的双手，在分子、原子等微观世界，手性现象也普遍存在。构成生命体的基本物质如蛋白质、DNA等，也是手性的。就像左右手，手性物质可以是左手的，也可以是右手的。

　　作为化学家，周其林关注的是分子中的手性现象——手性分子。手性分子里，左手分子和右手分子有时性质截然不同。比如“香芹酮”分子，左手分子和右手分子看起来差不多，但闻起来一个是薄荷味、一个是臭蒿味。再比如，速溶咖啡里的“健康糖”，其成分是由两个手性氨基酸组成的肽，味道是甜的。如果其中一个氨基酸的手性改变了，它就变成苦的了。

　　在过去很长一段时间里，人类对左手分子和右手分子的性质差异认识不够，造成灾难性后果。20世纪50年代末，有一种名为沙利度胺的镇静药物，用的是右手分子和左手分子的混合物，很多孕妇用药后导致胎儿畸形。后来研究发现，该药物右手分子具有镇静功效，而左手分子不仅没有此药效，反而会导致胎儿畸形。

　　手性分子应用广泛，在市场销售的药物中，有一半是手性分子。在研发的新药中，一大半是手性分子。不仅是药物，在农药、精细化学品，甚至液晶显示等领域，手性分子都发挥了重要作用。但要让手性分子为我所用，必须能区分和合成左手分子和右手分子，并有针对性地择其一而用之。

　　合成创造新的手性分子，就是要做到“要左手性就是左手性的，要右手性就是右手性的”。如何能做到这一点呢？依靠手性催化剂。手性催化剂可以识别手性，让反应沿着一个路径发生，只生成特定手性的产物，而不是像普通催化剂那样，生成两种手性产物的混合物。

　　过去几十年里，虽然发展了很多手性催化剂，但是真正高效、获得广泛应用的手性催化剂极少。周其林的愿望是，发展更高效的手性催化剂，“一个催化剂可以将成千上万，甚至百万个原料分子转化成我们所要的手性分子”。

　　周其林研究发现，以前的手性催化剂之所以效率高的不多，主要原因是缺少具有广谱性的手性配体基本骨架。他经过20年的探索，提出了“刚性骨架提高催化剂手性诱导能力和稳定性”的设计思想，发现了一类全新结构的刚性手性螺环骨架，基于这一刚性骨架结构设计合成了一系列手性螺环催化剂。

　　这种手性螺环催化剂被国内外同行称为“周氏催化剂”，它在许多反应中都表现出很高的催化效率。特别是在酮化合物的氢化反应中，更是将手性分子的合成效率提高到了一个新的高度——一个手性催化剂催化合成450万个手性产物分子，成为迄今为止最高效的手性分子催化剂。

　　做基础研究不要只盯着结果

　　手性螺环催化剂的相关成果在国际学术期刊发表后，很快便吸引了国际药企的注意。他们给周其林来信，希望他寄去样品——他们很好奇这个催化剂是否真的如此高效。不久，他们即被折服。

　　如今，手性螺环催化剂已成为合成手性分子的重要工具。广泛用于手性药物的合成和生产，如心血管、降血压、心脏病、糖尿病、抗病毒等药物。“很多过去不能够合成的手性分子，现在都能够合成了。”周其林自豪地告诉记者。

　　不追求发论文、把基础研究做深做透、追求原创性成果，这是很多人对周其林的评价。创造出高效的手性螺环催化剂，周其林花了20年。“很多人觉得做基础研究很苦，天天待在实验室。但对我们来说，天天能看到未知的东西，创造新物质，是对好奇心的满足，很快乐。”他说，即使实验失败，也会有收获，“用心分析每一次反应，都可能有意外之喜”，“这是研究的乐趣所在”。

　　今天，我们经常被“卡脖子”这个问题所困扰。周其林认为，“卡脖子”表象的背后，实质是基础研究做得不透不深。“我们敢讲，国外想在手性催化剂上卡我们脖子，那不太容易。国内有这么多的课题组，研究出了各种高效的、具有自主知识产权的手性催化剂。”周其林很笃定。

　　当然，周其林的研究步伐不会停止。在解决手性催化剂问题后，他正在转向另一个新的研究方向——用二氧化碳和生物质代替石油、煤、天然气等石化原料，进行新物质的合成。“石化资源总会有枯竭的一天，科学家要想着几十年甚至一百年以后的事，做基础研究要有前瞻性。”他说。

　　做基础研究是一条漫长的道路，周其林希望以自己的经历告诉年轻人：“享受这样一个创造的过程，而不是仅仅盯着结果。”

　　《光明日报》（ 2020年01月11日 05版）