[科普中国]-专访化学教授冯小明：做基础研究不该立即想要应用转化

2018年11月18日上午，四川大学化学学院教授，中国科学院院士，2018年未来科学大奖——物质科学奖获得者冯小明，在2018年未来科学大奖颁奖典礼暨F2科学峰会期间，就“绿色化学”、“基础性科学研究如何科普”等问题，接受了腾讯科学记者的专访。他说，科研人员自己任何时候都要进行科普宣传。他表示，自己每年都要到大学和中学做科普讲座，要让大学生、中学生知道化学究竟对人们有多重要。图为：冯小明 四川大学化学学院教授，中国科学院院士冯小明老师不到40岁就当博导，为人低调，几乎从不接受采访，他的学生说，冯老师即便是在大年三十的晚上也要到实验室，出了名的用功和勤勉。他主要从事不对称合成方法学及手性医药、农药和具有生理活性化合物的合成研究。能够获得2018“未来科学大奖”的物质科学奖，一定是在他所在领域有持续几十年的影响力，并且学术成就得到了国内外专家的一致公认。冯小明院士此次获奖，这也是“未来科学大奖”评选三年以来，首次授奖予化学领域的科学家。图为：冯小明携夫人出席2018年未来科学大奖颁奖典礼现场25年的时间，从事“手性合成”的研究人员增加近15倍“因为手性对人的日常生活有很大影响，在材料、农业化学品里，包括食品添加剂等都存在。人们或自然界需要这种手性物质，就必须发展手性合成技术，即研发手性催化剂来合成特定手性的物质。”冯小明说，“刚接触这个领域的时候是1993年，那时候全国也就大概200人从事手性合成研究，到如今该领域研究人员至少有3000人。”据了解，冯小明老师课题组以手性双氮氧-Sc(OTf)3配合物催化剂实现的首例催化不对称Roskamp反应，2011年Elsevier公司在第三版《Organic Syntheses Based on Name Reactions》中收录了这一反应，并将之冠名为“Roskamp-Feng反应”。这也是中国科学家在中国本土所做的工作被冠以中国人名的有机化学反应；该研究成果也纠正了国内外有机化学教材中对该反应的片面结论，所发展的手性催化剂已成为商品在业界试剂公可销售；一些研究成果在手性药物合成中得到了应用，已转让给制药公司进行产业化研究。据冯老师介绍，化学在创造新物质的过程中，会催生、带动和促进诸多相关学科领域的发展，包括新药研发、香料工业、材料科学、基因测序等领域。图为：冯小明及学生在实验室做实验。图片来源网络为什么研究手性催化反应？手性催化剂主要用在哪些方面？“手性”，简单说就是一个化合物的两个异构体互为镜像，且不能重合。它就像左手和右手一样，只能镜面对称，不能完全重叠，我们将这样的化合物分子简称手性分子，这种不对称性简称“手性”。两个对映异构体手性分子，物理性质和化学性质相似或相近，但生理活性可能完全相反。这种现象很多，比如在药物分子里面，两个对映异构体手性分子药理活性可能完全相反，一个有用，一个有毒，这就要求我们在合成过程中只获得有用的单一对映异构体手性分子，这种合成通常称为“不对称合成”。冯小明院士众多研究中的一项，就是通过“不对称催化”，高效高选择性地获得有用的单一对映异构体手性分子，不产生有害的异构体手性分子。冯小明老师说，“自然界的物质产生的手性化合物，不可能满足人类的需要，所以我们只能通过研发一种催化剂，通过催化剂精准合成具有单一手性的化合物，即我们所要的手性成分，这种情况下，化合物的毒副作用可以降到最低或者没有。简单来说，通过手性催化剂，精准合成药物可以将其毒副作用降低甚至到0。”据他介绍，在实验化学品、医药品、农用化学品以及食品添加剂等里面都有手性化合物。最典型的是抗老年痴呆的药物，是通过手性催化剂催化合成实现。包括人们生活中很多香料，也是通过手性催化剂来催化合成。当被问到如何评价或判断一个手性催化剂时，冯小明老师说：“评价手性催化剂的好与坏，通常情况就是看其催化的效率。好的催化剂就是效率高，用量低，条件温和。”人工合成能解决天然产物来源的不足自然界万物所产生出来的化合物大多有手性，都是由生物自身的选择产生有效的成分。比如红豆杉，红豆杉是国家一级保护树木，也是世界一级保护树木，又名紫杉叶、赤柏松、雪柏、学名Taxus mairei，是第四纪冰川后遗留下来的濒危物种。其树体的抗性、免疫能力、存活技能所产生的各种生物碱和其它化合物，既是本身生存的需要，也是当今被人类认识和开发的珍稀贵重药物。尤其是含独特抗癌成分“紫杉醇”尤其珍贵，被国际上普遍认为是目前最有效的抗癌药物，目前世界销量第一。据美国国家肿瘤研究所统计的临床实验结果表明，紫杉醇对多种癌症亦有显著疗效，总有效率达75%以上，在国内外红豆杉被称为征服癌症的“希望之树”。它对肠癌、胃癌、肝癌、前列腺等多种癌症均有抑制活性，对人体移植肿瘤原发性乳腺癌、子宫内膜癌、肺癌、脑癌及原发性血癌均有治疗作用，显示其具有广普的抗癌活性。“早期的时候，为了从红豆杉里提取抗癌成分，我们将很多树都砍掉，把皮拨开，造成大量资源消耗掉。”冯小明说。现如今我们从某些树叶中提取出天然产物，通过人工改造结构、更高效地合成为人们所用的抗癌药物。”所谓新型手性催化剂，冯小明认为，实际上是指催化剂在理念和效用上的突破。他说：“我们通过研究发现，具有一定柔韧性结构的催化剂，反而效果更好，因其柔性结构可以变化，从而可适用的反应类别更多，效率也就提高了。”“做基础研究不该立即想要应用转化”对于腾讯刚刚推出科学探索奖，冯小明希望资助方更多关注基础学科。他认为，传统的基础学科像数理化等，才是真正前沿学科的基础。另外，建议青年科学家做基础研究不该立即想要实现应用转化，因为实现转化是在基础研究突破后，比如化学上某个基本合成方法的突破，才可能带来一系列材料的突破。“所以我觉得，做好基础学科研究是为其他行业的发展打下一个基础。”最后冯老师强调化学对于改善人们生活非常有用，“我们所研究的催化剂，是绿色化学里最重要的一环，希望能把百分之百的原子全部用到产品中去，让人们的生活更加美好”。受访者| 冯小明 四川大学化学学院教授 中国科学院院士.本文发布前由受访者审稿编辑| 曾丹文章由腾讯科学“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自“科普中国”