周其林院士：生活里看化学，你没发现的化学之美

二氧化硅2012 2020-07-19

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手性是宇宙间的普遍特征，体现在生命的产生和演变过程中。自然界生物体本身具有手性环境，因此对手性药物的不同对映异构体，会显示出不同的疗效。手性药物必须对它的两个异构体进行分别考察，都要经过严格的生物活性和毒性试验，以避免其中所含的另一种手性分子对人体的危害，慎重对待一些药物的另一对映异构体。所以手性拆分技术越来越多用于手性药物开发和生产。那么手性药物到底是怎么来的？我们看看2018年未来科学大奖-物质科学奖获得者周其林教授怎么说。

未来科学大奖周

系列访谈

○

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，南开大学有机化学的教授。我做的研究主要是研究合成的方法，具体讲就是怎么创造分子，那么创造分子呢，它是我们化学的一个中心任务，只有有了这样一些分子，你才能够再发展出一些有用的东西，比如说药物、农药这些东西。

具体来说，我做的一些创造分子的方法，是做创造手性分子的方法。讲到手性分子呢，它就是一类分子，它有一些异构体，那么有了异构体之间的相互关系，就像人的左右手了，所以它就叫手性分子，是这么来的。因为它一个异构体就相当于你的左手，一个异构体相当于你的右手，它相互之间是呈镜像关系，虽然看起来一样，但是实际上不一样。

你只要戴个手套你就知道了，左手手套戴到右手上它就不合适。那为什么要研究这类分子呢？因为这类分子，它这两个异构体的性质不一样，尤其是对生命的生物性质不一样，比如说一些药物，像我们现在吃的药物里面有一半的就是手性的药物，那手性药物它一个异构体常常有效，另外一个异构体它有时候无效，甚至还有毒。

你如果要不把它分别做出来，那让病人来吃这两个异构体的混合物的话，那不是带来了灾难吗？所以我们就发展了方法，就是要选择性地合成我们要的那个异构体，要左手的那咱就合成左手的异构体，要右手的那就合成右手的异构体，这就是我工作的性质。

那么再具体讲呢，我怎么才能做到这样一些手性分子选择性地合成它所需要的这个手性异构体呢？那就是催化剂。那我的工作呢，过去的二十年主要的工作就集中在这个手性催化剂的发展上。通过这个努力，我们发展了一类手性螺环催化剂，这个螺环催化剂，目前是保持了在手性的合成里面的最高的效率。所以，获得2018年的未来科学大奖，有幸能得到这个奖，也是因为这个催化剂的发现，它确实把手性分子的效率提高到了一个新的高度。过去我们用一个催化剂，常常用到十分之一，百分之一呀这些，或者千分之一了不得了，那我们现在的催化剂最高可以用到百万分之一催化剂就够了，那效率就非常的高了，而且选择性呢，也非常的好。

与生活息息相关的手性现象

这个自然界里面很多东西，其实都有手性现象，我们只不过没有注意它。我们生活的这样一个宇宙的星云，实际上它旋转的方向是确定的，这个是宏观的。到了我们日常的生活现象，你去看看比如说一个藤条吧，那一个牵牛花吧，它顺着那个树呀往上爬的时候，它不是说乱的，今天左手螺旋，明天右手螺旋，它不是这样的，它是有确定的攀爬方向的，这些都是手性现象。还有那个螺蛳壳，那螺蛳壳它是不是一个螺旋形的？那么它基本上都是右手螺旋的，左手螺旋的是很少的。

这些呢，就是我们能看到的宏观的。那微观的呢，到分子层次上，组成我们生命体的一些基本物质，比如组成蛋白质的氨基酸，它就是单一手性了，它就是L构型的。组成我们的这样一些糖的一些分子，它里面都是右旋的，它都是D型的，它不是说哪种构型都有的，它有确定的构型。也就说客观世界里面，从微观的到宏观的很多的重要的物质，它都是手性的，而且是单一手性的。那么正因为这样，我们才研究手性分子，因为它确实是跟我们的生活息息相关的。

研究要与环保节约结合

经济性，这个我相信大家都知道，就是用最节省的方法来做事情，那就叫这个事情做的比较经济，成本不高，对吧。那么在合成里面，在我们发展合成方法里面，也同样有这个道理。你用到的原料，这个原料我们讲是分子，做有机合成的话它讲的是分子，这个分子里面呢，它是原子组成的。你这分子里面在做反应的时候，是不是所有的原子都利用上了，利用了多少，这就有个效率问题，这个就是原子经济性。

如果你要做一个反应，你的原料的分子里面的原子全部用上了，全部进入到了分子里面了，100%的用上了，这个原子经济性就叫100%。那如果是用了一半，那原子量是一百，你进去的原子量加在一起呢，只用了50，所以呢，你就是50%，这个原子经济性是这样的。这个原子经济性现在是在有机合成里面非常重要的一个概念，因为它是我们现在更加强调节约资源、节约能源、环境保护所要求的。你如果说能够做到一个反应，原子经济性100%，也就是说原料的分子里面的原子都用上的话，那你自然就没有产生废料了，那这样的话对环境保护不就是更好了。

所以说，在现代有机合成，尤其是现在当下对环境、对资源特别强调的情况下，原子经济性是个很重要的概念。随着社会的经济的发展，人们对环境的要求是越来越高，因为资源是越来越少了，你不提高它的利用效率的话，那以后就不可持续发展了。所以倒不是说以前呢，不知道这回事儿，而是以前没有这么迫切的需要。那现在呢，随着资源慢慢慢慢地越来越少，随着环境的问题越来越突出，人的生活水平提高了，对环境呀、对资源的要求也高了，所以大家就更加重视了。

现在呢，我们做基础研究的人就是非常的重视这个问题，所以我们从源头上发展出一些方法来，它就是绿色的，它就是高效的，它就是原子经济性高了，这样才能使得真正生产的过程当中呢，从源头上就减少了。

科研就是要享受创造之美

因为我主要是做科研的，那我所从事的教育主要是研究生阶段。对我来讲，教育跟科研就是一回事儿了，因为是我这个特殊的教育，从事的这个教育的特殊的阶段决定的。研究生教育的话，那一定是要带着学生进入到科研，让他享受到创造之美，它是个快乐，享受到创造的快乐。

成功的喜悦它能弥补、补偿他所有的付出，所以如果说一个老师的话，他能够带领学生做真正的创新性的研究，那就是最好的教育，对研究生来讲就是最好的教育。最重要的就是你是不是在从事最前沿的科学研究，这是最重要的，如果你本身做的研究就不是前沿的，那学生到这儿来就没有创造出什么新东西，他就享受不到这种创造的快乐了，所以他当然就不会热爱这个东西，所以最重要的还是自身的提高，自身是不是在从事最前沿的研究，这是我的体会。

困难总是多的，成功相对来说，这个时间上是少的，但是正因为你创造出来新东西，那个快乐能弥补你前面所有的不快乐的时候，所以他还接着干，我就有这样的体会。

虽然平时做这个研究，有很多时候都失败了，在失败的时候，你要有个正确的心态，探索未知就是这样的，它本身就是一种过程，就是一种享受。我今天探索了一个新的方法，看看行不行，满怀希望，那最后不行，不行没关系，我再来想一个办法。每天尝试新的挑战，总有成功的时候吧，那一个成功就能弥补前面好长时间的失败。这个化学确实是一个实验学科，但是它也要丰富的想象力，因为什么呢？因为一个复杂的分子，我今天讲的是很简单的分子，它因为涉及到最基础的非常本质的化学键成键，碳碳键成键，所以说有人讲有机合成也是一门艺术，它又有实际的一面，也有想象力的一面，只有想象力丰富的人呢，才能做好化学，你能想出一些别人想不出来的方法，想象力要丰富。

但同时你也要非常的勤劳，所以化学它的要求高就高在哪儿呢？既要大脑又要双手，很多的科学要一样就行了。