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合成之美:有机化学家戴立信院士

来源:中国科学家   朱晶   2020-03-28
导读:有这样一位科学家,他热爱化学,喜爱音乐。他探索有机化学前沿,又因为国家需要多次在科研与管理角色之间互换,自谑为“六十岁学吹打”。从金霉素的合成,到“两弹一星”工程中的管理与科研,再到开创金属催化的不对称合成领域,他一直坚持要做“好的有机化学”。他就是有机化学家戴立信。

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戴立信(女儿戴敬摄于2016年)

“你是我认识的人中最为正面的一位,你可以极其骄傲和高兴地看到中国的化学已经起飞并很接近于超越世界其他各国之点。”诺贝尔化学奖得主夏普莱斯(Barry Sharpless) 教授这样评价他。

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2012年戴立信在Scripps研究所和Barry Sharpless、余金权教授进行学术交流

科学生涯联系国家命运

1924年11月13日,戴立信出生于北京,祖籍江苏句容。戴立信的学术生涯,始终与国家命运紧紧联系在一起,这种紧密联系,缘于他对国家的分外关切。

戴立信的祖父辈倾心新式教育和民族实业,因此他自幼耳濡目染了家族对知识的尊重,对国家与民族的命运的关切。

高中毕业后,他考入了沪江大学化学系。一年后,戴立信转入浙江大学。

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 浙大化学系师生欢送1945届毕业生(最后一排右二为戴立信)

在浙江大学,戴立信积极地参加各种进步民主性的学生运动,担任浙江大学进步组织湄潭剧团团长,和同学们共同排练演出了一些话剧,包括反映中国新旧社会转型期的话剧《家》。

“我记得那时候做《家》的剧务,从后台往观众席上看,当看到观众因感动而流泪时,真是很有成就感。”

这些经历,逐步让戴立信坚定了科学和技术可以改变国家命运的信念,也让他深深地喜欢上了科学。

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2007年浙江大学校庆时同学的合影(左起顾以健、李政道、任知恕、戴立信、张友尚)

戴立信刚踏入工作岗位不久,适逢新中国成立,因国家建设需要,他立即投身于科学研究领域,开始探索国家急需的金霉素的制取与合成研究。

“两弹一星”工程中的研究与管理

科学家的学术生涯,往往伴随着不同的角色转换,而且多为从科学研究人员到管理角色的转换。

戴立信曾多次担任科研管理工作,包括“两弹一星”工程相关国防任务的组织和管理,中国科学院有机化学研究所图书情报资料室主任、科技处处长。1984年,他重新回到科学研究领域。他在这两种角色之间自如转换,并实现了互相促进。

戴立信在担任国防任务的组织工作时,依然关注早先从事的金霉素合成工作的国际进展,并在硼氢高能燃料的研制过程中特别关注火箭推进剂中的化学问题,并注意到硼氢化学正在形成一个新的研究领域。

戴立信在硼氢高能燃料和含氟润滑油、“99号任务”的管理工作中让研究人员各施其才,并在1962年国家对科学研究的政策开始向基础研究领域倾斜时,迅速开辟硼氢化反应和碳硼烷化学两个研究方向。他们研究了α,β-不饱和醛、酮、酸的硼氢化反应,这是硼氢化反应的发现者布朗尚未注意到的领域。

在戴立信所承担的科技组织工作中,其中最有影响、任务最重的一个工作是“99号任务”——研制航空胶片。全所集中了56人投入任务,由汪猷担任总指挥,戴立信任副总指挥兼党支部书记。“99号任务”使得我国拥有了自主生产的高空摄影胶片。

寻找特殊问题的宏阔视野

戴立信在科学研究的组织和管理方面的经历,拓宽了他格外开阔的研究视野。

在有机所,戴立信获得最多的一句赞誉就是:“思维活跃,特别是具有战略思维。”

关注学术前沿,对学术问题的敏锐感知,这是科学研究者普遍具有的素养。除却这些,戴立信的特点是具有寻找特殊问题的宏阔视野,在更加宽广的学术领域去探寻突破。

浙大时期的学习训练,为戴立信奠定了基础,他的对学术研究的敏感也初露端倪。戴立信的毕业论文结合了当时新出现的高分子材料,对合成橡胶领域的研究进行了评介。

在进行金霉素的制取与合成工作时,戴立信发现金霉素在碱液中容易被破坏为异金霉素的特点,提出了在提取金霉素的工艺上采取弱碱碳酸氢钠的建议,在上海第三制药厂的生产线上收到了很好的效果。

在红外光谱测定法刚出现不久,有机所还没有红外光谱仪之前,戴立信就建议利用这种新的分析手段,对金霉素合成工作中得到的脱二甲氨地霉红样品进行红外光谱测定。

在构象分析和立体化学理论刚出现之际,戴立信便提出了测定金霉素绝对构型的具体方案,而国际上对此问题的研究6年之后才出现。

戴立信在有机合成领域做出了创造性的工作,在不对称合成领域的工作中也有非凡的创造力。这种创造力的源泉,是他对特殊问题的关注。

学生游书力感叹:“戴先生是一个战略家,他总是能够看到学科领域里面非常高、非常大的一些问题。他说我们定选题的时候高度一定要够,做出来一定要有影响,一定要找到领域里面有困难的问题,比较有挑战性,并且非常有意义的东西来做。” 

在全身心投入金属催化的不对称合成领域之后,他和研究团度从研究不对称环氧化及开环反应开始,实现了高区域选择性、高立体选择性的环氧醇的开环反应,后来又陆续在叶立德与氮杂环化合物的选择性反应,手性配体,过渡金属催化的硼氢化反应,平面手性等多个领域取得重要成果。

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一个漫画家为戴立信画的一幅戴立信介绍手性技术时的画像

戴立信不仅专注于特殊问题,还善于将不同领域的工作结合起来,取得创新,这就是他的宏阔视野。这也是戴立信一直强调的,科学研究领域的重大突破需要积累。

要做“好的有机化学” 

1969年诺贝尔化学奖得主巴顿曾提出,在有机合成领域,要发明而不是发现新的化学反应。戴立信的研究工作也说明,只要通过合理的逻辑,科学家可以根据需要来发明,并利用这些新的反应来进行化学合成。

不仅如此,他还强调,要做“好的有机化学”。“好的有机化学”应该符合绿色化学或可持续发展化学的要求,原料和产物是绿色的。除此之外,“好的有机化学”还应该在与生命科学、材料科学的结合中更好地发挥化学的作用。戴立信在其研究工作也一直为此努力。

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1999年访问哈佛大学时和E. J. Corey讨论工作

戴立信意识到现代合成反应中高选择性是核心,只有实现了高选择性才能有高产率,减少对环境的污染,为此,他选择不对称合成作为研究方向。

在对肉桂醇的不对称环氧化反应取得成功,并初步建立了合成方法学之后,戴立信立即开始尝试探讨具有重要生理活性、具有2-氨基-1,3-二羟基的骨架的天然产物,对氯霉素的合成路线进行改进,以期实现做“好的有机化学”的进一步目标——满足人类发展的需求。

紧接着,戴立信和研究团队第一次利用手性试剂完成了具有抗癌活性的天然产物2,3,6-三脱氧-3-氨基己糖全部家族成员的不对称合成。他们选择进行具有光学活性的氮杂环丙烷类化合物的不对称反应,是因为戴立信考虑到,这类化合物是很重要的药物合成中间体,他希望探索简便、有效和通用的高立体及对映选择性的反应。

戴立信不仅在不对称合成领域做出了重要研究成果,他还积极倡导中国学者重视手性技术,特别是手性技术在医药和农药领域的应用。

1995年,他和陆熙炎、朱光美发表的《手性技术的兴起》一文,产生了里程碑式的影响。自此以后,中国学者对手性药物,乃至手性技术的研究逐渐增多。

在戴立信的推动下,他和黄量共同主持的“手性药物的化学与生物学研究”,不仅在手性药物不同光学异构体的不对称合成方法以及药理等方面取得了重要成果,还促进了化学、医学和生物学不同领域的学者对手性技术的了解、交流与合作,培养了一批优秀的研究人才。

如今,中国在手性技术领域的基础研究已经位于国际前列,戴立信还继续倡导手性技术研究向工业化方面的探索。

在戴立信组织和参与的多次化学学科发展战略规划中,他也不止一次地提出要做“好的有机化学”。而且,他还时刻关注与国家发展相关的化学问题,倡导中国的化学工业在独立知识产权上实现创新、普及,引导和推动化学工业和化学技术发挥它的社会功能。

科学交流与组织活动的活跃者

戴立信是国际学术交流与组织活动的活跃者。他的学术思维格外开阔,推动了中国化学的国际化,为人才培养提供了平台,并持续思考和谏言中国化学的研究方向。

20世纪七十年代末八十年代初是中国的学术开放之际,戴立信参与并组织了具有象征意义的学术交流活动,开创了中国在化学领域国际交流合作的先河。

在他的努力下,中、日、美三边金属有机化学讨论会多次召开,并成为金属有机化学领域的标志性事件。不仅如此,戴立信作为中国化学会副秘书长,还开展了一系列科研组织活动,邀请国外的专家为国内学者讲解国际研究动向。在恢复和重建国际交流,推动中国化学走上国际舞台的工作中,他做出了重要贡献。

戴立信在回到科学研究领域之后,多次在国际会议上做报告,组织召开了国际学术会议,与国际学者和学术机构进行频繁地交流与合作。他在国际学术交流领域的活跃和声望,不仅给有机所带来了声誉,还给青年学者提供了良好的学术平台和机遇。

值得一提的是,在这些国际交往中,戴立信善于捕捉新的信息与动向,这不仅丰富了他个人的学术研究领域,还为中国化学的研究动向提供了方向性的指引。

他在哈佛大学的访问结束之后,立即建议中国化学会推动化学生物学新领域的研究。在参加完慕尼黑国际金属有机化学会议后,他谏言中国应该在自主知识产权领域开展创新工作。

即便是在今天,九十六高龄的戴立信仍积极参加国内外学术会议,在感触到国外的科学研究与工业部门的紧密联系后,他正在倡议中国的科学家要更加主动地参与到工业发展之中,为推动创新驱动的经济发展而努力。

参考资料:

【1】微信公众号中国科学家(ID:Chinese_Scientists)合成之美:有机化学家戴立信


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