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“反傳統”的游書力:要做科研上的世界冠軍

來源:上海科協      2020-09-16
導讀:游書力,中國科學院上海有機化學研究所副所長、研究員,金屬有機化學國家重點實驗室主任。

     記者面前的游書力,個頭不高,坐在桌子前,雙手整齊的疊放著,一個傳統學者的模樣。


  但在學術上,反傳統、反經典,才是游書力的科研“性格”。從2012年首次提出“催化不對稱去芳構化”起,這位化學家不但開拓了一個極冷僻的領域,大量原創性的工作還為新藥研發提供了新穎骨架手性化合物的高效合成方法,向實際應用推動了一大步。


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  他是中科院上海有機化學研究所研究員、副所長,金屬有機化學國家重點實驗室主任游書力,也是今年上海地區“最美科技工作者”之一。


  打開芳香環,于他而言,是打開了一扇窗;于化學而言,則是開辟了一個全新的廣闊研究領域。

 




源于“意外”的發現



  在化學中,芳香化合物是一類非常常見的有機化合物,在發生反應時一般都保留芳香結構。


  2008年,游書力的一位研究生在實驗中“意外”得到了一個具有去芳構化分子結構的副產物。對于這樣一個意外結果,一般人可能會直接忽略。但他當時“非常興奮”,他敏銳地意識到,這個結構絕不簡單,形成的普遍規律可能會帶來其他科學問題的解決。經過再三驗證,他終于發現,這一類反應具有很好的普適性,可大大拓展有機分子的化學空間,同時縮短有價值的手性化合物合成時間。


  基于這一發現,2012年,游書力在《德國應用化學》上首次提出了“不對稱去芳構化”這一概念。


  游書力的意外發現還不止這一個。


  在研究銥絡合物催化的不對稱烯丙基取代反應時,他的研究生發現,反應結果和預想的不一樣,在不同時間處理反應,得到產物的手性構型不一樣。


  “一開始以為學生搞錯了,但通過對反應過程進行跟蹤,結果發現確實如此。”游書力激動地說,“這太神奇了,完全刷新了認知!”


  在不改變反應體系中手性源絕對構型的條件下,僅通過調節反應時長即可高對映選擇性地分別獲得目標產物分子的一對對映異構體,就像是一場“龜兔賽跑”。該研究成果不久前發表于《自然—化學》。


  這一發現的意義非常大。手性藥物在2010年已超過了 2000億美元市值,并以每年 15%速度增長,占到了新藥研發的三分之二。但想要獲得兩種構型的同一個手性分子,有時候會是一個非常艱難的過程。而這一發現證明,只需要通過控制反應時間,而不需要改變反應條件和催化劑,就可以得到想要的手性分子的兩種對映異構體。


  其實,科學研究中遇到的意外并不少見,但能以此為起點,做出具有開拓意義的研究成果,則并不容易。


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不滿足于理論研究
期待更多應用



  “我不太喜歡做跟蹤性質的工作,更何況現在有能力也有條件去做一些原創性工作。”對游書力而言,哪怕研究不對稱去芳構化可參考的文獻數量少之又少,他都毫無畏懼,反而樂在其中。


  值得一提的是,他還發現一些分子反應是經由去芳構化過程再經基團遷移芳構化實現,從而糾正了2006年發表的一篇國外文獻中產物結構的錯誤,為其提供了全新的理論指導。


  “從作者、審稿人、編輯到同行,6年多時間也沒有人發現。可見這個經典的化學推理方法有多么根深蒂固,一般人根本不會去質疑。”游書力說,在大學教材里,關于芳構化的內容也非常少,這是一個被大家忽視的領域。


  游書力的發現,已經很大程度上改變了這一現狀。他的多個工作被收錄于包括教科書在內的多部專著,“催化不對稱去芳構化”這一概念不但得到了國內外同行的認可,還被同行跟蹤研究,應用于發展新反應。不少發表的文獻里直接提到:“受游書力課題組關于催化不對稱去芳構化(CADA)工作的啟發……” 催化不對稱去芳構化在國內外文獻里出現不少于六七十次。


  在化學研究領域,能夠在理論上做出成果,已經是非常大的突破了。但游書力并不滿足,他希望這類應用可以應用到實際中。


  具有去芳構化結構的化合物是制藥行業很重要的一類分子來源,但分子合成路線過長的問題一直困擾著行業。2018年,游書力課題組在《自然 催化》雜志發表一項研究成果,利用不對稱去芳構化反應,可以大大縮短一些具有生物活性的天然產物的合成路線,不但效率更高,成本更低,對環境的污染也更小了。


  目前,游書力的研究團隊正在與多家公司和研究所合作,“因為這些分子結構是全新的,無論用于制藥,還是發展新材料,都可以方便地注冊專利。”


  與此同時,游書力的“不對稱去芳構化”的科研之路越走越寬。


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最愛的還是科研



  游書力和化學的緣分非常奇妙。


  由于出生在農村,初中時期,化學實驗的體驗非常難得。但當時他的化學老師專門為他們安排了幾個小實驗,包括最經典的金屬鈉與水反應的實驗。看著指甲尖大小、泛著金屬光澤的鈉在水面上劇烈反應,并發出強烈的光和巨響,游書力當時感覺非常震撼。“原來這就是化學。”從那時起,他就對化學產生了強烈的興趣。


  上大學填報專業時,當時正在大學讀化學的哥哥為他選擇了當時最熱門的計算機和國際金融專業。但意想不到的是,由于看他化學成績突出,學校最終還是把他調劑到了化學專業。“覺得非常奇妙,我和化學是注定的緣分。”


  從南開大學畢業后,游書力來到上海有機所讀研,師從國內化學泰斗戴立信院士。他一直牢記著導師跟他說過的一句話——要做科研上的世界冠軍。為了這個目標,他一直要求自己要有獨立思考,要做出和別人不一樣的發現。


  畢業后,游書力還曾在美國一家制藥研究所工作過一段時間。當年他擔任獨立課題組長,待遇優厚,但沒過兩年他就選擇回國。“因為,有時候一個很有趣的課題剛做出點眉目,卻會被要求放棄,原因只是這個項目市場前景不好。”游書力說,盡管收入頗高,他還是毅然離開了。“學術才是我的追求。”


  2006年,游書力回到上海有機所,雖然待遇差了一大截,但他很慶幸自己趕上了中國創新的“黃金時代”。“當時,很多美國同事聽說我要回國,都覺得我‘很傻’。”但幾年后,當美國、歐洲的基礎研究投入不斷縮減時,中國的科研經費投入卻在持續增加。現在,以前那些美國同事反而稱贊他“有眼光”。


  如今,游書力還擔任了有機所副所長的職務,除了研究,還要花時間在管理工作上。但他也坦言,只有自由自在地在實驗室里和儀器試劑打交道,才是他最快樂的時間。

 




游書力簡介:

中國科學院上海有機化學研究所副所長、研究員,金屬有機化學國家重點實驗室主任。


長期從事手性催化研究,首次提出“催化不對稱去芳構化”新概念,開發多個原創手性配體,十余個已實現商品化。發展了一系列不對稱去芳構化和碳氫鍵官能團化新反應,并將其應用于天然產物、藥物分子合成。曾獲2015年英國皇家化學會默克獎、第十四屆中國青年科技獎、2016年何梁何利基金青年創新獎、2017年國家自然科學二等獎(第一完成人)、第十六屆上海市科技精英及首屆科學探索獎。


參考資料:https://mp.weixin.qq.com/s/VFZBs5uRYA14NWoGBFYTNw

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