手性分子合成效率提至新高度

　　——记自然科学一等奖项目高效手性螺环催化剂的发现

　　在2019年度国家科技奖揭晓的获奖项目中，被视为原创性最强、科学价值最高的自然科学奖一等奖，颁给了南开大学周其林院士研究团队的高效手性螺环催化剂的发现。该项研究成果发现了一类全新的手性螺环配体骨架结构，并在此基础上发展了一系列选择性好、转化效率高、适应性强的手性螺环催化剂，将手性分子的合成效率提高到一个新高度。

　　手性是指物体与其镜像不能重叠的现象，如同人的左右手。从分子、原子等微观粒子到宏观物质世界，手性现象普遍存在，构成生命体的基本物质如蛋白质、DNA、糖等都具有手性。

　　在用于治疗的药物中，许多都是手性药物，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比例是相等的。因此，每生产一千克药物，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。不对称催化是合成化学的前沿研究领域，其核心是手性催化剂。在过去多年的研究中，虽然已出现不少手性催化剂，但由于缺少广谱性的手性配体基本骨架，真正对多种反应都有效的“优势手性催化剂”很少。然而，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”。

　　周其林院士团队的工作就是在不对称催化领域寻找或者设计更高效的手性催化剂。该团队经过20年的研究探索，发现了一类全新的手性螺环配体骨架结构，并在此基础上，发展了一系列手性螺环催化剂，这些手性螺环催化剂具有广谱性，在许多不对称催化反应中都表现出优于其他手性催化剂的催化活性和对映选择性。例如，手性螺环铱催化剂在多种不饱和羧酸的不对称催化氢化反应中，都保持了目前最高的催化活性和对映选择性纪录，在酮的不对称氢化反应中，更是取得了450万的催化转化数，成为迄今为止最高效的手性催化剂;手性螺环铜和铁催化剂解决了金属卡宾对杂原子—氢键不对称插入反应的对映选择性低下难题，将其发展成为具有很高选择性的反应。手性螺环催化剂的发现和应用，将手性分子的合成效率提高到一个新高度。

　　这些催化剂被国内外同行称为“周氏催化剂”，如今已成为合成化学中一个不可或缺的工具，不仅被用于200多种不对称合成反应，还被制药公司用于多种手性药物的生产。

　　“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。”周其林院士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。”

　　对于周其林院士及其团队所取得的突破，提名人中国科学院院士丁奎岭表示：“螺环骨架催化剂的发现突破了过去大家对螺环结构的认知，又带来了催化剂卓越的性能和对药物生产所产生的价值，解决了原来的催化剂所不能解决的问题。无论从科学突破还是在科学界、产业界带来的影响，周其林院士获得国家自然科学奖一等奖实至名归。”