170多年的化学难题,破解了!
他曾是“十大学术之星”之一
将最美的青春留在武大
他在化学领域学有所成
破解了170多年的科学困局
远渡重洋进修5年后
“回到珞珈山”成了他的第一选择
今天,跟珞珞珈珈一起
走进“准90后”教授陈才友
入职一年,再发Nature
前不久,武汉大学化学与分子科学学院教授陈才友,在《自然》(Nature)杂志在线发表了研究成果“铜催化氧亲核试剂的立体汇聚烷基化”,文章题目为“Copper-Catalyzed Enantioconvergent Alkylation of Oxygen Nucleophiles”。
这项成果由陈才友教授和通讯作者Gregory C. Fu共同发现,通过引入Cu/手性噁唑啉催化剂,成功实现了alpha-卤代二级酰胺与一系列氧亲核试剂(广泛的酚、醇等)的不对称C-O成键反应。
▲陈才友(左)和Gregory C. Fu
Williamson醚合成法于1850年首次报道,是目前应用最广泛的氧亲核试剂烷基化方法。然而,Williamson反应有很大局限性,不适用于二级以上亲电试剂等含有大位阻的反应底物,同时也不能用于手性C-O键的构建。陈才友的这一研究,破解了“不对称Williamson反应”这个化学细分领域170多年的难题。能用于合成广泛的手性烷基醚和胺类化合物,其中包括直接合成IMPDH抑制剂和手性除草剂萘普草。这一体系由于能同时实现挑战性的不对称C-O和C-N键的构建,并且使用廉价的丰产金属Cu和可商业获得的手性噁唑啉配体为催化剂,将为手性胺类和醚类化合物的高效合成打开快速发展的大门。
▲Cu/噁唑啉催化的立体汇聚C-O成键反应
九年相伴,今日以珞珈为家
2008年,高考结束的陈才友报考了武汉大学化学与分子科学学院,顺利进入化学基地班学习。本科加上博士,陈才友在武大生活了九年,留学归国后,又回到武汉大学,从一名孜孜以求的学生转变为一名传教授业的老师,他也与武汉大学结下了深厚的缘分。
“珞珈山景,东湖水色”,是陈才友教授生命中不可割舍的部分。也正是这份牵绊,让他在海外进修五年之后,毅然返回母校,为母校做贡献。回忆武大种种,对他影响最深的,当属他的导师张绪穆教授。张绪穆教授提出的的“科学坐标系”的观念,也成为了陈才友自省的标杆。
▲陈才友博士毕业照
张绪穆教授说:“横坐标是学术本身,一个精妙的反应,一个复杂数学模型的建立,一个艰难实验的完成都可以让我们站在这个坐标的最右端;纵坐标是它的实践价值,一个能救治病人的特效药,一个能增加粮食产量的新方法都可以使我们处于这个坐标的最上端,而我们要追求的,永远是科学坐标系的右上角。”这是张绪穆教授监督自己、教育学生的格言。而作为学生的陈才友,一直追随老师的脚步,不仅钻研科学难题,也致力于将发展中的科学运用于现实生产,造福人类。
在武汉大学化学与分子科学学院的日子里,陈才友静下心来,一心一意钻研学术。相比于其他大学生以寝室为据点的学校生活,陈才友除了上课时间都在实验室,充分利用好碎片化的时间,打下了扎实的科研基础。这段“以实验室为据点”的日子,让陈才友荣获2017年度“武汉大学十大学术之星”,也为他的研究之路夯实了基础。
以母校命名,是我最大的浪漫
“化学是一门认识和创造物质的学科,我认为化学最大的魅力在于创造新物质。我们可以通过发展新的方法或反应类型来创造一系列没有被报道或者自然界不存在的新物质。”化学在合成上的独特魅力深深吸引着陈才友,支撑着他在这一领域越走越远。
大学一年级时,在学长的引荐和自身的努力下,陈才友加入了有机化学课题组做业余科研,早早便有了接触实验与科研机会。接近三年半的有机合成的业余科研经历,让他继续选择有机合成化学为自己的研究方向,在博士和博士后阶段分别从事了开发手性催化剂和发展光促进廉价金属不对称催化的研究。
做学术研究,还需要以兴趣为始,也因兴趣而得以持续:“培养热爱后,即使花再多的时间,内心也会觉得舒适而不会觉得累”。长久的兴趣和热爱是要建立在积极活跃的思考之上的,时刻关注学科前沿、尝试解决新颖问题、常怀善思之心,方能灵感不断、热爱不减。在曙光来临之前保持定力、坚持到底,从而由静入定、由定入慧,这就是陈才友的成功秘诀。
▲工作中的陈才友(右一)
有一项研究,被陈才友视为“目前的研究经历中印象最深刻的研究”。这是陈才友博士阶段,与团队自主合成的、并以武汉大学校名命名的新配体“Wudaphos”。当时,团队为实现不对称氢化反应,将重心放在创造一类与底物有次级相互作用的配体,可惜的是近一年的探索都没能达到预期。一次偶然的机会,陈才友读到了一篇关于发展新配体的文献,突然意识到配体设计出现的问题在于应在其中一个膦原子上引入较小的取代基而不是全部引入较大的取代基。突如其来的发现让他兴奋地几乎没有睡觉,在和张绪穆教授讨论后迅速改进试验。功夫不负有心人,新设计的配体果然具有非常好的催化效果,并且能用于手性药物布洛芬和萘普生的直接合成。基于这类配体优异的反应性能,团队将这类配体命名为“Wudaphos”。
想做科研?陈教授有话说
陈才友将自己的身份定义为“一位科学家,同时也是一位青年学者、一位博士生导师”。作为科学家,肩负着探索科学的使命,勇敢向未知领域进发;作为青年学者,要发挥留学积累的知识和经验,彰显青年奋斗者的风貌;作为博士生导师则需要注重新一代人才的培养,将科学的事业接续传承。每种身份都是一份荣誉,同时也承载着一份责任。
回望自己的漫漫科研路,陈才友现身说法,建议想涉足科研领域的本科生们坚持兴趣为导向,尽可能早地进行科研项目的尝试并做好时间规划。对于希望在科研领域有所建树的研究生同学,他指出不要被他人选题影响,而要兼顾个人兴趣和实用价值,提出具有独创性和应用价值的课题。在确定方向后,可以预见的将会面临长时间的研究周期,潜心钻研、持之以恒就是最好的解决方案。另外在碰壁的时候不妨转换思路,更多的查看和调研文献或许会是个不错的方法。
面对已有的成就,陈才友仍感道阻且长,希望能将自己发展的新型手性催化剂应用在手性药物的合成中,能够将科学研究真正用于实际生产,服务社会。“对于科学研究这项工作,我们既要解决科学的难点问题,同时也要将科学研究的成果投入实际应用,造福人类“,张绪穆教授的教诲,陈才友谨记于心,笃之于行。
▲陈才友(左三)与团队
面向人民生命健康无数武大人深耕学术领域不断突破,奋勇创新珞珈山因他们更美
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封面图:傅小玲
图片来自受访者、武汉大学人事部
采访:朱巧
文案:苏睿遥 张一芃
编辑:刘幸之
责编:关彤
审核:邢知博