保持世界纪录的“周氏催化剂”：一人一生做一个结构做到极致

“左手天才、右手疯子”这样的句式竟然被用以形容差之毫厘、谬以千里的微妙状态，学术上称之为“手性”。从海螺壳的螺旋图案到牵牛花的攀爬方向，大到浩瀚星系，小到化学分子，手性现象在自然界无处不在。它们正如人类的左右双手，看似一模一样，实则完全不同。

“有一本书叫《改变世界的分子》，里面提到了300多种有机分子，其中70%是手性分子。包括中国人发现的青蒿素，也是手性分子。”10月14日，南开大学教授、“未来科学大奖物质科学奖”得主周其林院士在2018年未来青年论坛上说道。

对手性的认知不足，可能带来灾难性的后果。上世纪50年代末，一种减缓女性妊娠反应的药物“反应停”被广泛使用。其实，“反应停”的右手分子才是具有镇静效果的成分，左手分子却有致畸副作用。短短数年间，全世界诞生了1万多名先天畸形儿，被称为“反应停”惨剧。

而在现代医药、农药的生产过程中，手性工艺的使用不但会带来巨大的经济效益，还会减少环境负担。

大名鼎鼎的“周其林催化剂”，就是一类参与手性分子合成过程的催化剂。目标是提高反应的效率和选择性，即“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”。

周其林团队在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》的封面图片为长城，寓意“不到长城非好汉”。

其实，“周氏催化剂”最基础的螺环结构，早在1999年就被选定。近20年间，螺环结构在周其林的手中不断修饰改进，宛如一只奇妙变幻的万花筒。

“你想要把一件事情真正做好，可不是短时间的。有的人一辈子其实就做一件事，一辈子可能就做一个分子，把它做到极致。”周其林在演讲后接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）等媒体采访时说道，语速缓慢而坚定。

为什么选螺环结构？“我看它好看”

刚过耳顺之年的周其林祖籍安徽无为，1957年出生于江苏南京。1974年，中学毕业的周其林回乡务农，终日与农田、耕牛为伴。

1977年，重新开启的高考制度给周其林的人生带来了重要转机：第一年，在毫无准备的情况下考试落榜；第二年，他被兰州大学化学系录取。

“如果没有高考，那肯定没有今天，中国只会多一个农民。”时隔40年，他回忆往事时显得淡然。所谓格物致知，神奇的手性化学本身就隐隐若合哲理。

“我选择化学也是偶然。当时物理化学都考得不错，第一志愿物理系没有录取，被调剂到了化学。”但周其林现在想来，或许自己本就更适合化学。这是因为，“化学要求的人不仅要有脑，还要有勤快的巧手。现在我发现我做实验，勤快和手巧都还是有的。”

命运的转折点就如手性分子一般精妙，差之毫厘，谬以千里。周其林谦虚地用“偶然”来概括他的际遇，但或许，勤劳和智慧早已为成就奠定了骨架。

1987年，从中科院上海有机化学研究所获得博士学位后，周其林先后在华东理工大学、以及德国、瑞士和美国从事博士后研究，最终在1996年回到华东理工大学任教。

还在华东理工大学做博士后时，中国将加入世界贸易组织，上海外文书店甩卖积压的外文书籍影印本。周其林“用很少的钱背回了很多外文书籍，其中包括有机化合物字典”。回国以后，他开始在这浩如烟海的化合物字典中寻找未来的“周氏配体”。“我们做催化剂的，做梦都想发现一个全新的骨架结构，适用于很多反应；而不是简简单单的一个催化剂，只用于一个反应。”

在成千上万的结构中选定一个骨架，很难完全由理性逻辑支配，有时候甚至接近一门艺术。周其林挑选“看着顺眼”的查文献、做尝试，经历了无数次失败，终于在1999年开始做一类螺环结构。

“一开始做这个螺环的时候，为什么选择它而没选择别的？我看它好看！它有C2对称性，有对称美。”周其林笑着说道。

同样是在1999年，周其林转入南开大学工作。

在随后的近20年间，螺环骨架结构成为了他工作的核心，不断改进合成新的配体和催化剂，一生二，二生三，三生万物。

2011年，周其林团队设计合成了一种新型的手性螺环铱催化剂，在酮的不对称催化氢化反应中表现出超高活性，催化剂的转化数达到4550000。而在此之前，文献报道的最高活性手性催化剂的转化数为2400000。

“当时杂志让我做一个封面，我就做了一个长城。中国人说不到长城非好汉，我们终于爬到了长城顶上。”

周其林称他选择研究手性纯粹是出于好奇。“对我而言手性有很多神奇的地方，它是合成化学选择性里最难的一种，因为看上去左手分子和右手分子一模一样，怎么就能区别出来呢？”这种持续的好奇心始终伴随着周其林的科研生涯，至今未灭。

如果要发大财，不能做这么高效的催化剂

你的研究能解决什么问题？这是周其林心目中最好的科研评价标准。“人家已经用别的催化剂解决了，你再去做一个催化剂说我的也可以，甚至好一点，那都没有多少意义。做应用的人可以这么干，做基础研究的不能干这事。”

当然，重要的基础研究成果有时也有巨大的应用价值。中国目前的药物产业中，手性药物占40%以上，按传统工艺每生产一吨药物至少产生100吨废物计算，每年共产生12000万吨废物。如果采用手性合成新工艺，不但能够节约资源，也保护了环境。

此外，全球商品化农药中手性农药占25%，如果全部采用单一异构体，每年将减少数十万吨无效异构体的生产，环境效应十分可观。

“周氏催化剂”已经被广泛用于手性药物生产，“有人说催化剂这么好，可能发大财了吧。”周其林说道。“如果发大财不能做这么高效的催化剂。生产一吨药品买我们一克催化剂就够了，这不赚钱的，这是追求科学目标。”

他希望，青年科研工作者也能以“解决什么问题”作为第一目标，千万不能选择好发论文的方向。

大到国家层面上，对待科学研究不能急功近利。“要给科学家一点时间，持续地支持基础研究，我相信拿诺贝尔奖是迟早的事。而且我们也不能总盯着诺贝尔奖，我们做研究是冲着科学、冲着国家和社会需求，对不对？（诺奖）那个东西是锦上添花，做好了自然会有，对不对？你冲着奖去，结果拿不到奖，是因为你既没解决科学的问题，也没解决国家的问题。”

研究螺环结构研究了20年的周其林，深知板凳需坐十年冷的道理。“不要着急，越着急越糟糕，越着急压力越大，也就越不敢做一些原创性、周期长的东西。”

也正因如此，周其林呼吁应淡化学术界“三六九等”的区别，精心培养学术土壤。作为第一批“长江学者”，周其林看到“长江学者”之类的帽子曾在经济发展的特殊阶段带动了科研人员的待遇提高，改变了“造原子弹不如卖茶叶蛋”的现象。但近年来，它们越来越成为固化待遇差异、影响青年科学家发展的障碍。

“做基础研究的人，是兴趣使然，不求富贵。他们能有一个体面的生活就够了，差别不要太大。”他说道。

中国科技最大的问题是全民科学素质太低

除了化学家的身份，周其林最享受的角色是一名教师。在今年南开大学的本科生开学典礼上，他作为教师代表寄语新生：“在大学，同学们要培养独立精神和科学精神。要学会独立思考，凡事有自己的见解，不盲从盲信，不人云亦云。”

经历过上山下乡的周其林，深感他们那一代人接受的中小学教育基础薄弱，希望担负起育人的责任，使中国下一代的科研起点能够更高。

“我发现中国科技整体最大的问题，还不是水平比某些发达国家落后，而是全民族的科学素质太低，太太低，还不是一点点的低。”他连用三个“低”字，仿佛一串叹息。

周其林指出，尽管现在大街上满是大学生，但很多人连中学时的基本科学思维方法都忘记了，遇到问题不去问为什么，而是盲目地相信，导致骗子容易得逞。

“全民族的科学素质如果不提高，科学技术就变成少数人的事，这就麻烦了。”

看得更长远，提前做准备，这是周其林作为科学家的自觉。不久前，他开始关注下一代的资源问题。

化石资源终将耗竭，周其林认为，这在能源上还不是大问题，毕竟有太阳能等清洁能源，配合新型的储能技术可以解决。然而，从石油裂解等反应中提炼的化学品，构成了人类文明的物质基础。

“我是做有机合成的，合成原料没有了，怎么办？”周其林把目光转向了二氧化碳，希冀再次找到神奇高效的“周氏催化剂”，帮助合成替代化学品。

“化石资源什么时候用完？乐观估计几百年，悲观的也要好几十年。但科学研究一定要超前，你不知道哪年要用到，对吧？”