——訪中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所所長丁奎嶺
丁奎嶺 有機(jī)化學(xué)家、中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師、金屬有機(jī)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會副主任。1966年出生于河南省永城市，1998年入選中科院“百人計(jì)劃”, 2000年和2003年分別入選上海市“啟明星”計(jì)劃和“啟明星跟蹤”計(jì)劃，獲得2002年度國家杰出青年基金資助；2009年7月，當(dāng)選為中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所所長。
目前，主要從事基于有機(jī)金屬催化的不對稱反應(yīng)和綠色化學(xué)研究，包括組合化學(xué)方法在催化不對稱反應(yīng)中的應(yīng)用研究、新型手性配體的設(shè)計(jì)、合成及其應(yīng)用研究、新的手性催化劑負(fù)載化方法等，發(fā)展手性合成的先進(jìn)方法學(xué)；另外還開展H2、CO、CO2活化有關(guān)的催化反應(yīng)研究，發(fā)展清潔的有機(jī)合成方法。
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)離不開合成化肥和農(nóng)藥，合成化學(xué)為人類的生存發(fā)揮了不可替代的作用。圖為飛機(jī)為農(nóng)田撒藥。
從古代四大發(fā)明中的造紙和火藥，到現(xiàn)代社會中的通信和航天技術(shù)，無不依賴于化學(xué)強(qiáng)大的創(chuàng)造新物質(zhì)的能力?；瘜W(xué)是現(xiàn)代科學(xué)的中心,而合成化學(xué)則是化學(xué)的中心。合成化學(xué)與其他學(xué)科的最大區(qū)別在于其強(qiáng)大的創(chuàng)造力，不僅可以制造出自然界業(yè)已存在的物質(zhì)，還可以創(chuàng)造出具有理想性質(zhì)和功能、自然界中不存在的新物質(zhì)，對科學(xué)發(fā)展和人類進(jìn)步起著重要的作用。
記者：物質(zhì)的獲取除了來自天然以外，人工合成是更為重要的途徑，那么，合成化學(xué)的強(qiáng)大創(chuàng)造力體現(xiàn)在哪些方面？
丁奎嶺：合成化學(xué)的發(fā)展史可以追溯至古代的煉金術(shù)和煉丹術(shù)。1828年，德國化學(xué)家維勒用人工方法成功合成了尿素，標(biāo)志著有機(jī)合成化學(xué)的誕生。進(jìn)入20世紀(jì)以來，合成化學(xué)在創(chuàng)造新物質(zhì)的過程中，催生、帶動和促進(jìn)了諸多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為科學(xué)研究和新材料的來源等開拓了新的領(lǐng)域。
回顧人類社會的發(fā)展進(jìn)程，可以看到人工合成的物質(zhì)和材料在決定人類生活質(zhì)量方面起著多么重要的作用，從我們的衣食住行到航空航天，無不需要合成化學(xué)所創(chuàng)造的物質(zhì)與材料。目前，已知結(jié)構(gòu)的無機(jī)和有機(jī)化合物高達(dá)5000多萬種，反映出合成化學(xué)在創(chuàng)造新物質(zhì)方面的強(qiáng)大生命力和無限創(chuàng)造力。從早期的染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥到石油利用，以及近期的芯片制造、高性能材料等，無一不同合成化學(xué)有關(guān)。
今天，我們?nèi)粘Ｉ钪卸炷茉數(shù)闹T如合成氨、合成尿素、合成醫(yī)藥和農(nóng)藥、合成氣、合成油以及包括橡膠、塑料、纖維、陶瓷、分子篩、超導(dǎo)材料等合成材料，無一不與合成化學(xué)有關(guān)。合成化學(xué)擔(dān)負(fù)著創(chuàng)造新物質(zhì)、新結(jié)構(gòu)和新功能的首要任務(wù)，是化學(xué)科學(xué)的核心和基礎(chǔ)，因此始終處于化學(xué)科學(xué)發(fā)展的前沿。
1935年尼龍的合成，促進(jìn)了有機(jī)高分子合成化學(xué)的發(fā)展，并進(jìn)一步促使了合成塑料、合成橡膠、合成纖維等材料的誕生；有機(jī)合成化學(xué)是藥物和農(nóng)藥研發(fā)的源動力，對于藥物化學(xué)和農(nóng)用化學(xué)品化學(xué)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；無機(jī)合成化學(xué)為廣泛應(yīng)用的新型無機(jī)材料開辟了廣闊的天地，進(jìn)一步帶動了催化領(lǐng)域的發(fā)展，合成化學(xué)提供的新材料，使空間技術(shù)、原子能工業(yè)、海洋資源開發(fā)等領(lǐng)域得到進(jìn)一步發(fā)展。
從人工全合成牛胰島素到固相多肽合成技術(shù)的發(fā)明，合成化學(xué)促進(jìn)了生命科學(xué)的發(fā)展。
記者：如今，合成化學(xué)已經(jīng)達(dá)到了空前成熟的水平，在諸多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。在您看來，化學(xué)合成技術(shù)究竟有多重要？
丁奎嶺：合成化學(xué)不僅可以仿制自然界少量存在的物質(zhì)，更重要的是能創(chuàng)造更多自然界中不存在的物質(zhì)，對科學(xué)的發(fā)展和人類的進(jìn)步起著非常重要的作用。因此，合成化學(xué)是化學(xué)的中心，是有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、藥物化學(xué)、高分子化學(xué)、材料化學(xué)等學(xué)科的核心。
2008年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者徐光憲院士曾經(jīng)列舉20世紀(jì)六大發(fā)明與技術(shù),包括信息技術(shù)、生物技術(shù)、核科學(xué)與核武器技術(shù)、航空航天與導(dǎo)彈技術(shù)、激光技術(shù)、納米技術(shù)，并指出這些領(lǐng)域的進(jìn)步無一例外地需依靠化學(xué)手段來合成新的材料,如果沒有化學(xué)合成技術(shù)，上述六大發(fā)明與技術(shù)根本無法實(shí)現(xiàn)。
事實(shí)上，如果缺少上述技術(shù)的某一個,人類尚可生存。但是，如果沒有合成氨、合成農(nóng)藥的發(fā)明，維持當(dāng)今世界70億人口生存的糧食就成了嚴(yán)重問題；如果沒有合成各種抗生素和大量新藥物技術(shù)的發(fā)明，人類的壽命和健康就不可能達(dá)到現(xiàn)在的水平；如果沒有合成化學(xué)提供的各種新材料如合成纖維、合成塑料、合成橡膠等，達(dá)到今天這樣的生活水平是難以想象的。
從白浪多息染料到磺胺類藥物，合成化學(xué)是新藥發(fā)現(xiàn)的主要動力和藥物制造工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的源頭。
記者：當(dāng)下，人類面臨健康、糧食、資源、能源、材料、環(huán)境和氣候等重大問題，給合成化學(xué)提出了什么研究任務(wù)？
丁奎嶺：合成化學(xué)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)從小分子到大分子、從單分子基元到超分子體系的構(gòu)筑，實(shí)現(xiàn)化學(xué)、區(qū)域和立體選擇性的控制，同時創(chuàng)造出具有理想性質(zhì)和功能的新物質(zhì)。進(jìn)入新世紀(jì)以來，10年中已有4次諾貝爾化學(xué)獎授予合成化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家，反映了這一領(lǐng)域的巨大創(chuàng)造力和活力，以及對科學(xué)和人類社會的貢獻(xiàn)。
2001年度諾貝爾化學(xué)獎得主野依良治教授曾指出：未來的合成化學(xué)必須是經(jīng)濟(jì)的、安全的、環(huán)境友好的以及節(jié)省資源和能源的化學(xué)，化學(xué)家需要為實(shí)現(xiàn)“完美的反應(yīng)化學(xué)”而努力，即100%的選擇性和100%的收率，只生成需要的產(chǎn)物而沒有廢物產(chǎn)生。因此，如何通過對化學(xué)鍵的選擇性活化、斷裂與可控性重組，通過弱相互作用的調(diào)節(jié)精確組裝功能超分子體系，實(shí)現(xiàn)以100%產(chǎn)率和100%選擇性對特定功能物質(zhì)和結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行低耗、安全、經(jīng)濟(jì)與綠色合成，是合成化學(xué)領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)。
記者：合成化學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科的交叉，產(chǎn)生了哪些新的研究方向？
丁奎嶺：無論現(xiàn)在還是未來，合成化學(xué)的另一個明確方向，是不斷與其他領(lǐng)域交叉與融合，以產(chǎn)生更多的跨學(xué)科新領(lǐng)域。從這個角度來說，合成化學(xué)需要極高水平的科學(xué)創(chuàng)造力和洞察力，以探索其無限的可能性。
2001年度諾貝爾化學(xué)獎得主夏普萊斯教授提出了“點(diǎn)擊化學(xué)”的概念，強(qiáng)調(diào)合成反應(yīng)必須具有高產(chǎn)率、高選擇性，以及對各種官能團(tuán)和反應(yīng)條件優(yōu)異的耐受性。這一概念的提出，為生命科學(xué)、材料科學(xué)領(lǐng)域提供了全新的理念、方法和物質(zhì)基礎(chǔ)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于藥物、新材料開發(fā)和分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)等諸多研究領(lǐng)域，成為目前最實(shí)用和引人注目的合成理念之一。
在此基礎(chǔ)上，未來的合成化學(xué)將繼續(xù)發(fā)揮創(chuàng)造力，不斷深化學(xué)科內(nèi)涵并拓展與其他學(xué)科的交叉與融合。針對合成對象和合成過程的可控、高效、低能耗、低排放、高選擇性等要求，研究功能導(dǎo)向新物質(zhì)的設(shè)計(jì)理論、反應(yīng)過程、合成與組裝方法學(xué)；探討合成反應(yīng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的機(jī)理與本質(zhì)規(guī)律；借鑒生命體系的生物合成和演化過程，結(jié)合物理、材料科學(xué)等學(xué)科的研究手段和技術(shù)，發(fā)展新的合成策略。
記者：過去若干年里，合成化學(xué)的一系列突破，讓人類馳騁在整個元素周期系，為人類帶來物質(zhì)財(cái)富和豐富多彩的生活，但同時也帶來一些負(fù)面影響。如何消除對化學(xué)的誤解？
丁奎嶺：合成化學(xué)家不斷創(chuàng)造出的合成新方法、對于化學(xué)機(jī)理的不斷明晰，使人類可以馳騁在整個元素周期系中，不斷創(chuàng)造出新的物質(zhì)，這一過程大大增加了人類在認(rèn)識自然和改造自然界中的能動性，并創(chuàng)造出新的生產(chǎn)、生活方式。我們現(xiàn)在已經(jīng)可以很好地利用自然界諸如石油和煤這樣簡單、豐富的天然資源，創(chuàng)造出一系列復(fù)雜的、更具價值的物質(zhì)。在不久的未來，我們將能設(shè)計(jì)、制造出更多具備各種性能、滿足人類需求的物質(zhì)。
當(dāng)今，人們在享受化學(xué)為社會帶來的物質(zhì)財(cái)富和豐富多彩的生活時，很少會想到化學(xué)所發(fā)揮的作用。甚至在公眾的心目中，化學(xué)反而站在了綠色、環(huán)保的對立面，傳媒所注重的也常常是化學(xué)所產(chǎn)生的危害。對此，科學(xué)界一方面要加強(qiáng)科普力度，消除公眾對化學(xué)科學(xué)的誤解；另一方面，也要極大地關(guān)注科學(xué)發(fā)展的“雙刃劍”效應(yīng)，將合成化學(xué)發(fā)展與社會效益緊密地聯(lián)系在一起。
記者：在過去的100多年里，合成化學(xué)使人類的健康水平得到空前提高，為探索生命科學(xué)的奧秘提供了重要方法和物質(zhì)基礎(chǔ)。在全球關(guān)注可持續(xù)發(fā)展的背景下，合成化學(xué)將發(fā)揮怎樣的作用？
丁奎嶺：目前，綠色化學(xué)已經(jīng)成為未來合成化學(xué)的核心理念，在為經(jīng)濟(jì)帶來繁榮的同時也承擔(dān)了社會責(zé)任。綠色化學(xué)并不是一個單純的口號，它是合成化學(xué)研究不可或缺的原則。基于這樣的目標(biāo)，對于合成反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性應(yīng)予以高度重視，催化劑應(yīng)使反應(yīng)過程更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)境友好，應(yīng)更強(qiáng)調(diào)資源的3R原則，即減量、回收和再利用。要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，需要科學(xué)界、政府、工業(yè)界等社會各界的共同努力。
除了建立和不斷完善相關(guān)法律、法規(guī)，加大宣傳和執(zhí)法力度，提高全民、全社會的環(huán)境保護(hù)意識外，合成化學(xué)家承擔(dān)著更重大的責(zé)任，因?yàn)榻忖忂€需系鈴人，由化學(xué)而產(chǎn)生的問題應(yīng)該由化學(xué)來解決。要解決這些問題，既要重視技術(shù)的改良與進(jìn)步，更要重視解決基本科學(xué)問題，提出新的概念、發(fā)現(xiàn)新的方法，并靈活運(yùn)用其基本原理。
因此，我們必須認(rèn)識到化學(xué)在未來世界中的重要作用，重視化學(xué)這一基礎(chǔ)學(xué)科。要創(chuàng)造一個潔凈的世界、一個可持續(xù)發(fā)展的社會，在很大程度上要靠全社會共同努力來實(shí)現(xiàn)。相信合成化學(xué)一定能夠?yàn)槲覀兏篮玫纳畎l(fā)揮其無限的創(chuàng)造力，做出新的、更大的貢獻(xiàn)！
合成化學(xué)提供的新材料，使空間技術(shù)、原子能工業(yè)、海洋資源開發(fā)等領(lǐng)域得到進(jìn)一步發(fā)展。
