姜亦然+要英+姚虹

未來(lái)的化學(xué)，就是怎樣創(chuàng)造出好的化學(xué)、綠色的化學(xué)是非常重要的。既要讓它為人類(lèi)社會(huì)服務(wù)，也要盡量避免對(duì)社會(huì)負(fù)面的影響。這些是我們要追求的理念。

他是那樣的朝氣蓬勃，丁奎嶺，上海有機(jī)化學(xué)研究所所長(zhǎng)，2013年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士時(shí)年僅47歲。自獨(dú)立工作以來(lái)，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文150多篇，所發(fā)展的配體、催化劑和方法被國(guó)內(nèi)外同行廣泛應(yīng)用于研究工作；主編國(guó)內(nèi)外專(zhuān)著3部，并擔(dān)任《有機(jī)化學(xué)》主編；獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利20多項(xiàng)，多個(gè)催化技術(shù)被成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。他還擔(dān)任科技部973項(xiàng)目首席科學(xué)家及中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家重大新藥創(chuàng)制專(zhuān)項(xiàng)課題和基金委重點(diǎn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

近年，他在探索有機(jī)金屬催化的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)、綠色化學(xué)研究和發(fā)展清潔的有機(jī)合成方法。《新民周刊》利用一個(gè)午餐時(shí)間，對(duì)這位經(jīng)常廢寢忘食的科學(xué)家進(jìn)行了采訪。

小分子改變大世界

《新民周刊》：丁院士您好，我們想知道掛在墻上的這幅圖是什么，和您的研究有何關(guān)聯(lián)？

丁奎嶺：背面還有一張，這些都是生物大分子的藥物，全部都是抗體的藥物。它們的分子結(jié)構(gòu)沒(méi)有一個(gè)化學(xué)式，它都是蛋白或核酸生物大分子。背面是有機(jī)小分子，但這種生物大分子它跟有機(jī)化學(xué)也有關(guān)系。最早在我們國(guó)家歷史上人工合成結(jié)晶牛胰島素，實(shí)際上做的這個(gè)結(jié)晶牛胰島素是一個(gè)生物大分子、一個(gè)蛋白。當(dāng)時(shí)是用人工化學(xué)的方法做出來(lái)的，由上海有機(jī)所、北京大學(xué)化學(xué)系和上海生化細(xì)胞所三家合作完成。當(dāng)年是我國(guó)非常引以自豪的偉大科學(xué)成果，是跟諾貝爾獎(jiǎng)擦肩而過(guò)的重大成果。

背面是有機(jī)小分子，就像獲得諾獎(jiǎng)的青蒿素，它是從植物里提取出來(lái)的一個(gè)分子，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)這個(gè)分子有活性，后來(lái)在這個(gè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再去改造，最后成了蒿甲醚、蒿乙醚、琥珀酸酯，成了真正的治療瘧疾的藥物。青蒿素本身成藥性比較差，因?yàn)樗亩拘詥?wèn)題，后來(lái)改造了以后就成為對(duì)人類(lèi)的一個(gè)巨大貢獻(xiàn)。特別是在非洲，瘧疾依然是威脅著人類(lèi)健康的疾病，所以世界衛(wèi)生組織就把青蒿素作為用藥，之前的藥物像氯喹啊那些藥物時(shí)間長(zhǎng)了抗藥性越來(lái)越強(qiáng)?，F(xiàn)在把青蒿素和前面的藥物配合起來(lái)，比單獨(dú)使用效果更好。

當(dāng)年青蒿素上海有機(jī)所這邊也是參與科研的，當(dāng)時(shí)從青蒿這一鍋湯里發(fā)現(xiàn)它有效果，但是這鍋湯里啥東西都有，到底什么樣的成分真正有效？屠呦呦團(tuán)隊(duì)就把這個(gè)物質(zhì)提取出來(lái)，是個(gè)白色粉末，但卻不知道它的分子在三維空間上是個(gè)什么結(jié)構(gòu)，科學(xué)家花了很大的力氣。后來(lái)上海有機(jī)所請(qǐng)老院士周維善先生和他的團(tuán)隊(duì)幫忙，發(fā)現(xiàn)那個(gè)分子里面有個(gè)過(guò)氧的氧橋，那是關(guān)鍵的核心。后來(lái)用X射線衍射，就像透視一樣，把它的結(jié)構(gòu)確定出來(lái)。確定出來(lái)以后才能在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，做成人類(lèi)能夠使用的藥。

所以屠呦呦最大的貢獻(xiàn)就是當(dāng)年發(fā)現(xiàn)這鍋湯有效果，然后把這個(gè)有效成分提取出來(lái)，她本身是做中醫(yī)中藥的，后來(lái)全國(guó)化學(xué)科研力量幫忙協(xié)作，最終做成了，成為改變世界的分子。許多大的事件都是從非常小的方面著手，最終影響世界。這種例子在化學(xué)界太多了。

《新民周刊》：為什么您當(dāng)初在大學(xué)畢業(yè)后選擇從事科研工作？

丁奎嶺：最主要是興趣。我那時(shí)大學(xué)畢業(yè)學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)秀，要留在省會(huì)城市工作是完全沒(méi)有問(wèn)題的。當(dāng)時(shí)大學(xué)里的老師知識(shí)很淵博，我的目標(biāo)便是要像老師一樣成為一個(gè)有學(xué)問(wèn)的人。念了兩年碩士研究生以后，又趕上有直升博士的機(jī)會(huì)，于是就去念了南京大學(xué)的博士。實(shí)際上1998年到中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所之前，我在大學(xué)教了八年書(shū)。當(dāng)然這八年期間有兩年出國(guó)去念博士后，覺(jué)得自己在科學(xué)研究這方面除了教書(shū)以外，還有很多興趣，想做的事情在那里沒(méi)辦法做，所以就到了科學(xué)院這樣更加好一點(diǎn)的平臺(tái)來(lái)發(fā)展。

而在科學(xué)研究中，對(duì)科學(xué)的認(rèn)知有更深的理解，對(duì)社會(huì)也有些貢獻(xiàn)——成果轉(zhuǎn)移出去，它們創(chuàng)造了價(jià)值，還解決了就業(yè)。當(dāng)然，如今人們生活條件其實(shí)也算不錯(cuò)，如果回過(guò)頭看20年前，上海的變化簡(jiǎn)直是翻天覆地，現(xiàn)在的上海和國(guó)外去比，也沒(méi)有太大的差距。但是未來(lái)我們國(guó)家想要引領(lǐng)全球的發(fā)展，我們還得為這個(gè)世界創(chuàng)造全新的東西。我們今天用的所有這些東西，特別是很多先進(jìn)的東西，最早并不是我們自己創(chuàng)造的，我們現(xiàn)在培養(yǎng)做科學(xué)研究也好，培養(yǎng)學(xué)生也好，若是想要引領(lǐng)未來(lái)，引領(lǐng)世界發(fā)展，一定得創(chuàng)造出來(lái)一些東西，屬于我們自己的，然后讓外國(guó)人向我們學(xué)習(xí)。實(shí)際上中國(guó)的發(fā)展已經(jīng)到了這樣一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，不僅僅是國(guó)外有的東西把它做好，未來(lái)肯定還會(huì)有引領(lǐng)性的東西。

化學(xué)的重要性

《新民周刊》：雖然如今化學(xué)已經(jīng)發(fā)展到一定階段，但前些年頻繁出現(xiàn)的化工廠爆炸、不合格的添加劑，讓大多數(shù)人對(duì)化學(xué)留下了糟糕的印象，您怎么看？

丁奎嶺：這也是我經(jīng)常去做一些科普的原因，因?yàn)槲覀冋麄€(gè)國(guó)家的人的文化素質(zhì)還沒(méi)有達(dá)到那個(gè)程度；我們的法律體制還沒(méi)有完善到那個(gè)程度；人的自覺(jué)性也沒(méi)有達(dá)到那個(gè)程度；我們的監(jiān)管體系也沒(méi)有達(dá)到一個(gè)非常到位的情況。我們有法律，但是也有不法的商人和企業(yè)，他們明知違法卻還要為之，就偷偷地干，等到產(chǎn)生問(wèn)題了，最后監(jiān)管的人才出現(xiàn)。然而，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)跨越了這個(gè)階段。

我想化學(xué)是任何人無(wú)法離開(kāi)的，現(xiàn)代生活的衣食住行都與其有關(guān)。因?yàn)槲覀兩钤谝粋€(gè)物質(zhì)世界里，所有物質(zhì)的東西都是化學(xué)的東西，化學(xué)就是研究這些物質(zhì)。如手機(jī)有多少化學(xué)的東西？包括這個(gè)屏幕顯示、液晶的材料，都是化學(xué)。所以未來(lái)的化學(xué)，就是怎樣創(chuàng)造出好的化學(xué)、綠色的化學(xué)是非常重要的。既要讓它為人類(lèi)社會(huì)服務(wù)，也要盡量避免對(duì)社會(huì)負(fù)面的影響。這些是我們要追求的理念。

今天想要吃有機(jī)蔬菜，因?yàn)榇蠹液艿挚够手?lèi)的東西。但是我記得小時(shí)候在農(nóng)村，小麥一年產(chǎn)量100多斤一畝地，風(fēng)調(diào)雨順，200斤不到。現(xiàn)在隨便一種就是1000多斤，為什么？除了種子的改良，就是因?yàn)榛瘜W(xué)創(chuàng)造的合成氨，就是化肥；沒(méi)有化肥真的沒(méi)法達(dá)到這種效果。新中國(guó)成立的時(shí)候，中國(guó)大概5億人不到，現(xiàn)在13億；中國(guó)就那么點(diǎn)土地、一年還要長(zhǎng)兩季，累啊！如果來(lái)了大批蟲(chóng)害，沒(méi)有農(nóng)藥去解決這個(gè)問(wèn)題也不行。所以把農(nóng)藥化肥排斥掉是不可能的。人類(lèi)現(xiàn)在有70多億人口，每十年多一點(diǎn)又要增加十億，人口增多隨之而來(lái)的就是饑餓。從這個(gè)角度看，可以說(shuō)化學(xué)拯救了人類(lèi)。當(dāng)然今天有更高的要求，要食品安全、要環(huán)境清潔，化學(xué)自然不可濫用、化肥不能無(wú)限制地用，農(nóng)藥也是一樣。

《新民周刊》：您認(rèn)為化學(xué)能夠創(chuàng)造財(cái)富、創(chuàng)造價(jià)值，這方面有很多案例吧？

丁奎嶺：我們經(jīng)常說(shuō)“合成創(chuàng)造價(jià)值，分子影響改變世界”。做化學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)造，通過(guò)合成去創(chuàng)造。原來(lái)世界上沒(méi)有的東西，把它做出來(lái)，并且這個(gè)被創(chuàng)造出來(lái)的東西很可能影響甚至改變世界。大家現(xiàn)在想著“要做個(gè)大飛機(jī)”像C919，一架飛機(jī)可以有上億的價(jià)值，又或者是想著“要做航天”，這個(gè)影響多大啊。

其實(shí)，小小的分子世界同樣具備這樣的價(jià)值，比如兩年前一個(gè)治療丙肝的藥物在美國(guó)誕生，它的治愈率可以到達(dá)95%，對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)丙肝問(wèn)題就基本解決了。這種藥物一年銷(xiāo)售將近200億美元，一個(gè)小小的分子產(chǎn)品，銷(xiāo)售額相當(dāng)于多少架飛機(jī)啊。這就是化學(xué)的價(jià)值，分子的魅力。如果沒(méi)有100多年前液晶的發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在生活中的液晶又從哪兒來(lái)呢？這就是材料科學(xué)的發(fā)展對(duì)人類(lèi)生活、生產(chǎn)方式的改變。比如通信光纖，像未來(lái)的量子通信，最終還需物質(zhì)或者其他什么東西把它實(shí)現(xiàn)了。

人類(lèi)無(wú)法離開(kāi)物質(zhì)而生存，無(wú)法離開(kāi)物質(zhì)去談改善生活水平，物質(zhì)本身就是我們化學(xué)家研究的對(duì)象，不可分離。當(dāng)然，化學(xué)也不斷地和生命科學(xué)結(jié)合，去關(guān)注人類(lèi)身體健康；去和材料科學(xué)結(jié)合，去關(guān)注如何改變世界。

中國(guó)“手性領(lǐng)域”領(lǐng)先世界

《新民周刊》：您研究的主要領(lǐng)域是什么？

丁奎嶺：我研究的是手性催化和綠色化學(xué)。啥叫手性？就像我們的左手和右手，看上去是一樣的，假如說(shuō)這個(gè)手放在鏡子前，你在鏡子里看到的其實(shí)是另外一只手，它們是互相對(duì)應(yīng)的。但是你怎么去擺放它，三維上它不是重疊的，它們本質(zhì)上是不一樣的，左手就是左手，右手就是右手。植物也是一樣，它往上生長(zhǎng)的時(shí)候，幾乎所有植物都是往一個(gè)方向長(zhǎng)的，海螺也是螺旋結(jié)構(gòu)的，也是一個(gè)方向，這是從宏觀來(lái)看。在微觀視角中，分子世界里也有具備這種性質(zhì)的分子。你從表面上看，它的元素、組成、平面結(jié)構(gòu)都一樣，但是把它擺到三維里就不一樣了。比如人體的氨基酸是一種手，體內(nèi)的各種糖是另外一只手，那么由氨基酸和糖組成的生物大分子，它要么是左手要么是右手。

外來(lái)的藥物要和人體的生物大分子作用才能產(chǎn)生功能、起作用。我們的人體就像一個(gè)手套，外來(lái)的藥物吃下去后，這個(gè)手套要識(shí)別，你左手的手套卻插進(jìn)一個(gè)右手是不行的。手和手套要匹配起來(lái)，就是為什么要注意手性；手性在藥物分子里，有左手右手的這種關(guān)系。

在20世紀(jì)五六十年代的歐洲曾經(jīng)發(fā)生過(guò)悲劇，那個(gè)時(shí)候?qū)κ中缘木珳?zhǔn)認(rèn)知沒(méi)有達(dá)到一定程度。孕婦懷孕以后往往產(chǎn)生妊娠反應(yīng)，所以有個(gè)叫“反應(yīng)停”的藥物，吃了這個(gè)藥確實(shí)可以鎮(zhèn)定，但是孕婦吃了這個(gè)藥便產(chǎn)生了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的海豹嬰兒。這個(gè)藥相當(dāng)于兩只“手”都吃進(jìn)去了，但是其中一只“手”會(huì)使嬰兒致畸。從那以后就開(kāi)始重視手性，制藥的關(guān)注哪種藥有用，就做哪一只“手”的藥物，當(dāng)然做這個(gè)藥需要有技術(shù)，所以手性催化是最先進(jìn)的技術(shù)。

用催化的辦法，控制我想要往哪一只“手”的方向走，就往哪里走。2001年那三位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家就是因?yàn)榘l(fā)明了這樣的催化劑，可以使得化學(xué)的轉(zhuǎn)化能夠朝著你期待的方向走。這樣自然而然對(duì)健康、對(duì)醫(yī)藥工業(yè)是帶來(lái)革命性突破的。另外手性本身還有一個(gè)方面的應(yīng)用——手性材料。過(guò)去液晶材料的應(yīng)用，液晶電視它拖尾很厲害，響應(yīng)慢；現(xiàn)在你基本上看不出來(lái)，播放快速的動(dòng)作它拖尾幾乎沒(méi)有了。那就是材料的變化，它里面運(yùn)用了手性材料，使其響應(yīng)加快，看上去就更加真實(shí)、流暢。

手性與我們生命的起源也有關(guān)系，為什么我們生活的這個(gè)世界里海螺都是一個(gè)方向生長(zhǎng)，甚至宇宙銀河中的運(yùn)作也是一個(gè)方向？氨基酸為什么都是左手，而糖都是右手？為什么現(xiàn)在的生命形態(tài)是這樣一種情況？這些都和手性有關(guān)。雖然手性領(lǐng)域的突破已經(jīng)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，但是未完成的事情還有許多，我們也不是所有的藥都能用這個(gè)技術(shù)來(lái)做，還沒(méi)達(dá)到這種程度。

《新民周刊》：在您眼中，我國(guó)手性領(lǐng)域的研究在國(guó)際上處于什么水平？

丁奎嶺：我們國(guó)家應(yīng)該說(shuō)在國(guó)際上屬于非常先進(jìn)的水平。其實(shí)在一個(gè)領(lǐng)域里，探索是無(wú)窮盡的，當(dāng)你把這個(gè)領(lǐng)域又發(fā)展到一個(gè)新的高度，會(huì)對(duì)人類(lèi)做出新的貢獻(xiàn)。比如人類(lèi)能否通過(guò)模擬自然去超越自然呢？如能否把合成氨、氮?dú)?、氫氣放在一起？在溫和的條件下做出來(lái)，沒(méi)有那么多污染?，F(xiàn)在的合成氨工業(yè)在高溫高壓的條件下具有一定的危險(xiǎn)性。如果誰(shuí)能夠在此領(lǐng)域再有突破，就是對(duì)人類(lèi)做出巨大貢獻(xiàn)。

手性這個(gè)領(lǐng)域也是一樣，會(huì)不斷地發(fā)展。最近幾年上海有機(jī)化學(xué)研究所好幾個(gè)院士都是做手性催化的。當(dāng)然有時(shí)我還兼做些其他方面的研究，如二氧化碳的轉(zhuǎn)化；能夠把二氧化碳這種溫室氣體，做成一種碳資源，能夠把它利用起來(lái)，就可以為人類(lèi)服務(wù)。我不一定能解決二氧化碳的減排，畢竟全世界二氧化碳排放要上億噸，但如果想要把這個(gè)碳資源利用起來(lái)，做出來(lái)可供人類(lèi)使用的物質(zhì)，那就是變廢為寶。當(dāng)然二氧化碳它非常穩(wěn)定，你要想讓它轉(zhuǎn)化也不是那么容易的事情，所以科學(xué)家們就去挑戰(zhàn)這個(gè)難題。這也就是我從事的與綠色化學(xué)有關(guān)的關(guān)鍵內(nèi)容。