从研二到博三,中国科学技术大学化学与材料科学学院王长岭和王杰写下的实验记录本,合起来有60多本。北京时间12月1日凌晨3点,《科学》在线发表了这项研究成果。这也是5年来他们以第一作者身份发表的第一篇论文。研究展示了他们开发的一类手性硼自由基催化剂,并利用其完成了不对称催化反应。这类硼自由基催化剂的结构和功能不同于常用的过渡金属和有机小分子催化剂,是手性催化剂家族的一位新成员。
《科学》审稿人对这项研究评价道:“一类全新的具有催化功能的手性硼自由基被开发,并利用其实现了一个新型的不对称环化异构化反应,真是太棒了。”
在化学合成过程中,能不能优先得到更多,甚至是100%的单一对映异构体?这是科学家们需要解决的重要科学问题。不对称催化是合成手性分子、认识手性世界的有效方式之一。实现不对称催化的核心是开发结构易调和功能强大的手性催化剂。
在论文共同通讯作者、中国科学技术大学教授汪义丰、傅尧和副教授张凤莲的共同指导下,王长岭和王杰以及其他成员经过5年的实验与设计,制备出一类全新的手性氮杂卡宾-硼自由基催化剂,并利用其实现了一类催化过程全新的不对称环化异构化反应,为多种手性环状化合物合成提供了一种新方法。
这项研究开始于2017年的一次意外发现:汪义丰课题组成员叶甜在研究硼自由基引发的串联反应时,发现了一个不含硼原子的副产物。
汪义丰意识到:是否可以利用硼自由基作为催化剂,实现一些非常规的化学转化?如果能进一步实现不对称合成,那将可能为不对称催化打开一扇新的门。他随即发出“邀请”:“谁愿意做这个有意义且有挑战性的课题?”正在读研二的王杰主动请缨。但工作在推进半年后,卡住了。随着课题研究进入“攻坚阶段”,汪义丰建议王长岭加入进来。
两人搭档后,从反应原理出发,重新设计了一个新的催化反应,手性控制效果得以大幅度提升,但反应产率还是低。
是什么让5年的研究,结出绚丽的科学之“花”?王长岭与王杰两人不约而同提到了“坚守、思考、合作”。“当我花了很长时间去设计、改造一个催化剂,认为它很有用,但实际效果并不好。长时间后,不可避免会产生疲惫的心理,我会认为这个工作就是很难。”王长岭坦言,有时甚至怀疑自己的能力,也曾有过放弃的念头。
王杰也有同样的感受。“有时几周甚至几个月,研究没有任何进展,对我个人心态确实是一种极大的考验。”这种情况下,他们的做法是及时与老师、师兄师姐沟通。