来自 科技2025-07-17 13:30:58
【导语】催化科学，尤其是不对称催化，在药物合成等领域扮演着至关重要的角色。本文聚焦于不对称催化领域的研究进展，介绍了手性催化剂在合成手性化合物单一镜像异构体中的关键作用。同时，文章还探讨了化学研究的本质与评价标准，强调创新思维的重要性，特别是在基础教育阶段培养学生的创新意识。通过回顾不对称催化的辉煌成就与最新发展趋势，本文旨在激励科研人员专注于真正有意义的科学问题，为推动化学研究的创新发展贡献力量。
（一）
催化有均相催化、非均相催化、酶催化三种。我研究的不对称催化属于均相催化，使用的是手性催化剂。不对称催化的合成对象是手性化合物，这些化合物的分子有两个镜像异构体（也称手性异构体），就像人的左右手一样，看似相同，但不能重叠。不对称催化能够选择性地合成手性化合物的单一镜像异构体。
在我们常用的药物里，超过一半是手性药，这些药使用的是手性化合物单一镜像异构体。手性化合物的两个镜像异构体通常具有不同的生理活性，会对身体产生完全不同的影响。比如一种异构体对某种疾病有疗效，而另(lìng)一(yī)种(zhǒng)异(yì)构体无效，甚至更糟糕的情况是有时还有毒性。因此，合成手性药物必须是所需的镜像异构体，这时候就要用到不对称催化，它可以合成单一镜像异构体。
中国科学院院士、南开大学教授周其林。
不对称催化已经发展了半个多世纪，并且取得了辉煌的成就，其中关键性的突破是找到了有效的手性催化剂。第一个突破是发现了手性金属催化剂，这些催化剂大大加速了不对称催化的研究进程，许多手性化合物的单一镜像异构体都是用手性金属催化剂合成出来的。由于手性金属催化剂常常用到贵金属，而贵金属的储量有限，终有枯竭的一天。于是，化学家又找到了不使用金属的手性有机小分子催化剂，这是不对称催化领域的第二个突破。这两个工作都得到了诺贝尔化学奖。最近的发展趋势是利用生物催化剂来实现不对称催化，简单来讲，就是通过向“酶”学习或者改造“酶”，找到新的手性催化剂。
过去20多年里，我的工作重点是寻找一类高效、高选择性，并且能够广泛应用的手性催化剂。所谓高效，是(shì)指(zhǐ)能(néng)以(yǐ)极(jí)少(shǎo)量(liàng)催(cuī)化(huà)剂(jì)实(shí)现(xiàn)反(fǎn)应(yīng)，比(bǐ)如(rú)别(bié)人(rén)使(shǐ)用(yòng)百(bǎi)分(fēn)之(zhī)一(yī)的(de)催(cuī)化(huà)剂(jì)，我(wǒ)们(men)能(néng)否(fǒu)使(shǐ)用(yòng)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一(yī)甚(shén)至(zhì)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī)的(de)催(cuī)化(huà)剂(jì)？而(ér)高(gāo)选(xuǎn)择(zé)性(xìng)就(jiù)是(shì)，别(bié)人(rén)合(hé)成(chéng)单(dān)一(yī)镜(jìng)像(xiàng)异(yì)构(gòu)体(tǐ)做(zuò)到(dào)了(le)90%的(de)选(xuǎn)择(zé)性(xìng)，我(wǒ)们(men)能(néng)否(fǒu)做(zuò)到(dào)99%的(de)选(xuǎn)择(zé)性(xìng)？经(jīng)过(guò)20多(duō)年(nián)的(de)努(nǔ)力(lì)，我(wǒ)们(men)终(zhōng)于(yú)找(zhǎo)到(dào)了(le)一(yī)类(lèi)手(shǒu)性(xìng)催(cuī)化(huà)剂(jì)——手(shǒu)性(xìng)螺(luó)环(huán)催(cuī)化(huà)剂(jì)，这(zhè)类(lèi)催(cuī)化(huà)剂(jì)在(zài)很(hěn)多(duō)反(fǎn)应(yīng)都(dōu)达(dá)到(dào)了(le)目(mù)前(qián)最(zuì)高(gāo)的(de)效(xiào)率(lǜ)和(hé)选(xuǎn)择(zé)性(xìng)，并(bìng)且(qiě)已(yǐ)经(jīng)应(yīng)用(yòng)于(yú)数(shù)百(bǎi)个(gè)不(bù)对(duì)称(chēng)合(hé)成(chéng)反(fǎn)应(yīng)和(hé)许(xǔ)多(duō)手(shǒu)性(xìng)药(yào)物(wù)的(de)合(hé)成(chéng)。
（二(èr)）
做(zuò)科(kē)研(yán)，最(zuì)重(zhòng)要(yào)的(de)是(shì)做(zuò)真(zhēn)正(zhèng)有(yǒu)意(yì)义(yì)的(de)事(shì)，不(bù)能(néng)只(zhǐ)盯(dīng)着(zhe)发(fā)文章(zhāng)，否(fǒu)则(zé)会(huì)耽(dān)误(wù)一(yī)生(shēng)，浪(làng)费(fèi)才(cái)华(huá)。
化(huà)学(xué)研(yán)究(jiū)的(de)本(běn)质(zhì)是(shì)创(chuàng)造(zào)新(xīn)物(wù)质(zhì)。评(píng)价(jià)化(huà)学(xué)研(yán)究(jiū)成(chéng)果(guǒ)的(de)标(biāo)准(zhǔn)也(yě)应(yīng)该(gāi)是(shì)：是(shì)否(fǒu)创(chuàng)造(zào)出(chū)新(xīn)物(wù)质(zhì)，或(huò)者(zhě)新(xīn)方(fāng)法(fǎ)和(hé)新(xīn)理(lǐ)论(lùn)？这(zhè)些(xiē)物(wù)质(zhì)、方(fāng)法(fǎ)和(hé)理(lǐ)论(lùn)是(shì)否(fǒu)被(bèi)他(tā)人(rén)广(guǎng)泛(fàn)使(shǐ)用(yòng)？也(yě)就(jiù)是(shì)说(shuō)，化(huà)学(xué)研(yán)究(jiū)要(yào)发(fā)现(xiàn)真(zhēn)正(zhèng)的(de)科(kē)学(xué)问(wèn)题(tí)，并(bìng)且(qiě)解(jiě)决(jué)这(zhè)些(xiē)问(wèn)题(tí)，而(ér)不(bù)能(néng)将(jiāng)目(mù)光(guāng)仅(jǐn)仅(jǐn)停(tíng)留(liú)在(zài)发(fā)表(biǎo)论(lùn)文上(shàng)。倘(tǎng)若(ruò)一(yī)味(wèi)盯(dīng)着(zhe)发(fā)文章(zhāng)，几(jǐ)十(shí)年(nián)以(yǐ)后(hòu)只(zhǐ)留(liú)下(xià)了(le)一(yī)堆(duī)文章(zhāng)，却(què)没(méi)有(yǒu)留(liú)下(xià)任(rèn)何(hé)自(zì)己(jǐ)发(fā)明(míng)的(de)物(wù)质(zhì)、方(fāng)法和理论，这样的研究算不上真正的成功，顶多算是为期刊作了贡献。反之，如果专注于真正的科学问题，研究过程中自然会有成果产出，发文章也就水到渠成。
以有机合成为例，天然产物的合成极为复杂，对科研人员的综合素质要求极高。其设计合成路线并非线性推进，一条路线走不通就必须换另一条。假设合成目标分子需要50步反应，可能在20步时受阻，也可能在30步时卡壳，这时就得从头再来。这些合成步骤看上去是“白做”了，但是别忘了，前面走过的20步也好、30步也罢，只要是真正盯着科学问题做研究，其结果都值得发表。因为合成出从未有人制备过的中间体，本身就是有意义的阶段性成果。
如今，我国化学研究的水平已经进入了世界先进行列，但冒尖的创新还是较少，这是我们今后必须要突破的方向。创新思维并非到研究生阶段才形成，而是需要从基础教育入手培养。中学阶段是培养学生创新意识的最佳时期，要让他们自由畅想。如果我们现在不抓紧中学生的(de)创(chuàng)新(xīn)意(yì)识(shi)培(péi)养(yǎng)，也(yě)就(jiù)不(bù)能(néng)期(qī)望(wàng)20年(nián)以(yǐ)后(hòu)有(yǒu)多(duō)少(shǎo)创(chuàng)新(xīn)成(chéng)果(guǒ)。我(wǒ)们(men)要(yào)认(rèn)识(shi)到(dào)这(zhè)一(yī)问(wèn)题(tí)的(de)艰(jiān)巨(jù)性(xìng)——教(jiào)育(yù)的意义不只是让孩子记住标准答案，更要引导他们思考：有没有第二种解法？有没有第三种思路？就像世界上没有 “包打天下” 的催化剂，尽管人类已发现众多催化剂，但仍有更多高效、高选择性的催化剂等待发掘。
