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“反传统”的游书力:要做科研上的世界冠军

  记者面前的游书力,个头不高,坐在桌子前,双手整齐的叠放着,一个传统学者的模样。

  但在学术上,反传统、反经典,才是游书力的科研“性格”。从2012年首次提出“催化不对称去芳构化”起,这位化学家不但开拓了一个极冷僻的领域,大量原创性的工作还为新药研发提供了新颖骨架手性化合物的高效合成方法,向实际应用推动了一大步。

  他是中科院上海有机化学研究所研究员、副所长,金属有机化学国家重点实验室主任游书力,也是今年上海地区“最美科技工作者”之一。

  打开芳香环,于他而言,是打开了一扇窗;于化学而言,则是开辟了一个全新的广阔研究领域。

  源于“意外”的发现

  在化学中,芳香化合物是一类非常常见的有机化合物,在发生反应时一般都保留芳香结构。

  2008年,游书力的一位研究生在实验中“意外”得到了一个具有去芳构化分子结构的副产物。对于这样一个意外结果,一般人可能会直接忽略。但他当时“非常兴奋”,他敏锐地意识到,这个结构绝不简单,形成的普遍规律可能会带来其他科学问题的解决。经过再三验证,他终于发现,这一类反应具有很好的普适性,可大大拓展有机分子的化学空间,同时缩短有价值的手性化合物合成时间。

  基于这一发现,2012年,游书力在《德国应用化学》上首次提出了“不对称去芳构化”这一概念。

  游书力的意外发现还不止这一个。

  在研究铱络合物催化的不对称烯丙基取代反应时,他的研究生发现,反应结果和预想的不一样,在不同时间处理反应,得到产物的手性构型不一样。

  “一开始以为学生搞错了,但通过对反应过程进行跟踪,结果发现确实如此。”游书力激动地说,“这太神奇了,完全刷新了认知!”

  在不改变反应体系中手性源绝对构型的条件下,仅通过调节反应时长即可高对映选择性地分别获得目标产物分子的一对对映异构体,就像是一场“龟兔赛跑”。该研究成果不久前发表于《自然—化学》。

  这一发现的意义非常大。手性药物在2010年已超过了 2000亿美元市值,并以每年 15%速度增长,占到了新药研发的三分之二。但想要获得两种构型的同一个手性分子,有时候会是一个非常艰难的过程。而这一发现证明,只需要通过控制反应时间,而不需要改变反应条件和催化剂,就可以得到想要的手性分子的两种对映异构体。

  其实,科学研究中遇到的意外并不少见,但能以此为起点,做出具有开拓意义的研究成果,则并不容易。

  不满足于理论研究 期待更多应用

  “我不太喜欢做跟踪性质的工作,更何况现在有能力也有条件去做一些原创性工作。”对游书力而言,哪怕研究不对称去芳构化可参考的文献数量少之又少,他都毫无畏惧,反而乐在其中。

  值得一提的是,他还发现一些分子反应是经由去芳构化过程再经基团迁移芳构化实现,从而纠正了2006年发表的一篇国外文献中产物结构的错误,为其提供了全新的理论指导。

  “从作者、审稿人、编辑到同行,6年多时间也没有人发现。可见这个经典的化学推理方法有多么根深蒂固,一般人根本不会去质疑。”游书力说,在大学教材里,关于芳构化的内容也非常少,这是一个被大家忽视的领域。

  游书力的发现,已经很大程度上改变了这一现状。他的多个工作被收录于包括教科书在内的多部专著,“催化不对称去芳构化”这一概念不但得到了国内外同行的认可,还被同行跟踪研究,应用于发展新反应。不少发表的文献里直接提到:“受游书力课题组关于催化不对称去芳构化(CADA)工作的启发……” 催化不对称去芳构化在国内外文献里出现不少于六七十次。

  在化学研究领域,能够在理论上做出成果,已经是非常大的突破了。但游书力并不满足,他希望这类应用可以应用到实际中。

  具有去芳构化结构的化合物是制药行业很重要的一类分子来源,但分子合成路线过长的问题一直困扰着行业。2018年,游书力课题组在《自然 催化》杂志发表一项研究成果,利用不对称去芳构化反应,可以大大缩短一些具有生物活性的天然产物的合成路线,不但效率更高,成本更低,对环境的污染也更小了。

  目前,游书力的研究团队正在与多家公司和研究所合作,“因为这些分子结构是全新的,无论用于制药,还是发展新材料,都可以方便地注册专利。”

  与此同时,游书力的“不对称去芳构化”的科研之路越走越宽。

  最爱的还是科研

  游书力和化学的缘分非常奇妙。

  由于出生在农村,初中时期,化学实验的体验非常难得。但当时他的化学老师专门为他们安排了几个小实验,包括最经典的金属钠与水反应的实验。看着指甲尖大小、泛着金属光泽的钠在水面上剧烈反应,并发出强烈的光和巨响,游书力当时感觉非常震撼。“原来这就是化学。”从那时起,他就对化学产生了强烈的兴趣。

  上大学填报专业时,当时正在大学读化学的哥哥为他选择了当时最热门的计算机和国际金融专业。但意想不到的是,由于看他化学成绩突出,学校最终还是把他调剂到了化学专业。“觉得非常奇妙,我和化学是注定的缘分。”

  从南开大学毕业后,游书力来到上海有机所读研,师从国内化学泰斗戴立信院士。他一直牢记着导师跟他说过的一句话——要做科研上的世界冠军。为了这个目标,他一直要求自己要有独立思考,要做出和别人不一样的发现。

  毕业后,游书力还曾在美国一家制药研究所工作过一段时间。当年他担任独立课题组长,待遇优厚,但没过两年他就选择回国。“因为,有时候一个很有趣的课题刚做出点眉目,却会被要求放弃,原因只是这个项目市场前景不好。”游书力说,尽管收入颇高,他还是毅然离开了。“学术才是我的追求。”

  2006年,游书力回到上海有机所,虽然待遇差了一大截,但他很庆幸自己赶上了中国创新的“黄金时代”。“当时,很多美国同事听说我要回国,都觉得我‘很傻’。”但几年后,当美国、欧洲的基础研究投入不断缩减时,中国的科研经费投入却在持续增加。现在,以前那些美国同事反而称赞他“有眼光”。

  如今,游书力还担任了有机所副所长的职务,除了研究,还要花时间在管理工作上。但他也坦言,只有自由自在地在实验室里和仪器试剂打交道,才是他最快乐的时间。

  游书力简介:

  中国科学院上海有机化学研究所副所长、研究员,金属有机化学国家重点实验室主任。长期从事手性催化研究,首次提出“催化不对称去芳构化”新概念,开发多个原创手性配体,十余个已实现商品化。发展了一系列不对称去芳构化和碳氢键官能团化新反应,并将其应用于天然产物、药物分子合成。曾获2015年英国皇家化学会默克奖、第十四届中国青年科技奖、2016年何梁何利基金青年创新奖、2017年国家自然科学二等奖(第一完成人)、第十六届上海市科技精英及首届科学探索奖。

来源:上海科技报社   作者:刘禹
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