奇妙催化剂让“化学的圣杯”不再神秘——访化学化工学院李团结老师

时间:2017-02-26浏览:28

  

        2016年2月,新学期伊始,校园网上一则题为“我校化学化工学院李团结老师在美国《科学》(Science)杂志上发表论文”的喜报震撼了全校师生。美国《科学》(Science)杂志作为全世界最权威的的学术期刊之一,其科学新闻报道、综述、分析、书评等部分,都是权威的科普资料,该杂志也适合一般读者阅读。提交给编辑的文章只有不到10%会被接受发表,所有的研究文章在见刊前皆须同行评审,这更是投稿者的最大门槛。

       化学化工学院的李团结老师以并列第一作者身份在《科学》(Science)杂志上发表研究论文《Functionalization of C-H bonds using a transient directing group》,这在我校还是首次。这篇论文反映了李老师在碳氢键活化研究领域取得的成绩,碳氢键的直接官能反应由于具有多种突出的优点以及很大的挑战性,被誉为“化学的圣杯”。可以说,这篇论文揭开这个“圣杯”神秘的面纱。

       在一个仲夏的午后,我们终于有机会在李老师的办公室采访到他,据他透露,这项研究成果的成功发现与完成缘起于一封来自大洋彼岸的邮件。让我们一起跟随邮件去探寻论文背后的故事。

突破:从20%到70%

    “没想到回复这么快!自己能被导师选中。”2014年年底,李团结老师向斯克利普斯研究所提交了学习申请,在简历里讲述了自己学习工作的经历并且对近年来的科研成果进行了细致整理,同时也直白地说出了自身具备的优势与不足之处。没想到邮件发出没多久,他就收到了回信。回想起这件事,他仍有抑制不住的激动与喜悦。这是一封来自美国斯克利普斯研究所的录用邮件,这意味着他将有一年的时间在此进行学习交流。他申请的访学导师余金权教授是国际上C-H键活化领域最为活跃的华人学者之一,主要研究领域为C-H键活化研究及其在新药研发和天然产物全合成领域的应用,这更为大洋彼岸之行增添了一份期待。

       初到研究所,李团结老师并不被看好,只是被导师分配做最普通的分离、称量、加料等基础工作,然而这并没有让他失望或不满,他抱着学习的态度并以更乐观的方式看待这份工作,“一个多月的分离、称量、加料工作,不仅让我对操作更加熟悉,还知道了各个化学药品的摆放位置,余老师的学生又是如何进行试验操作的”。他不骄不躁,踏踏实实地完成导师交代的事情。一个多月过去了,李团结顺利通过了导师的考核,开始独立进行课题开展与实验工作。

       良好的科研氛围让思维创造出无限可能,高规格的实验室是将想法变成现实的舞台,科研成果的取得则更倾向于善于把握机会的人。研究所里的同事们都有条不紊地进行着自己的课题,李团结发现武汉理工大学的老师在实现醛的官能化后遇到了瓶颈,为此已经停滞了四个月。而他自己对碳氢活化课题十分感兴趣并且有了一些设想,便立刻将自己的设想付诸实践。接下来的一个星期里,李团结老师针对酮类底物分子的官能化进行实验,虽然有机合成产率只有20%,离发表标准仍有很大的距离,但这也意味着该设想是具有可行性的。他没有轻易放弃,潜下心来继续专注于酮类底物分子的官能化实验研究。在接下来3个多月中,李团结老师一次次地反复实验,改善条件与变量,使之达到活化的最优条件,当有机合成产率终于达到70%时,他的内心十分激动。这不仅意味着几个月的努力与付出终于有了回报,更重要的是突破了课题组研究的瓶颈,优化了实验操作,取得了实验的重大突破。在详细记录实验数据后,李团结老师主动和余金权教授进行沟通交流,探讨下一步研究方向与重点难点。

       在明确研究方向与目标之后,李团结老师便全身心投入到C-H键活化的实验中。C-H键活化,即使用催化剂进行化学反应使C-H键更易活化,进而实现有机分子的官能化。而李团结老师在实验中采用临时导向集团,促使实验进行中直接原位生成导向集团,让酮类底物分子的官能化正常进行,则是本次研究重要的突破和创新。看到我们有些不解的眼神时,李老师立刻用生动的例子解释道:“这就像同样要做一个板凳,不同的人会用不同的方法,但是最后就看谁的方法最高效,化学研究也是一样。”

       在谈到自己的研究时,已入不惑之年的他就像一个天真的稚气孩童,充满不问世事的无忧与专注;同时,也仍怀着追梦青年一般的热血,有着不惧一切困苦的慷慨志气,向着心中光亮的那方一步步前行。

进取:从乡村教师到名校博士

       当谈起这次研究成果在《Science》杂志发表时,李团结老师谦虚地认为这是一次偶然的发现。在实验中,他尝试联系硕士期间所学的亚胺缩合的方法形成临时导向集团来研究C-H键问题,最终有所突破。对于这次发现,他并没有过多的在意,只是把它当成是一个普通的研究成果。但质变的产生从来就离不开量变的积累,这次偶然的发现的背后,是李团结老师多年来实验室里、书桌前的积累与沉淀。

       李团结老师从化学专业毕业后选择了去苏北的一所乡村中学从事教学工作,7年的教学工作让他发觉自己对化学有着更深的热爱,他想要进一步探寻这个领域的奥妙。正所谓“知之者不如好之者,好之者不如乐之者”,凭借着对化学的热爱,李团结老师考取了我校有机化学方向的研究生,师从屠树江院长。后来又考取了南京大学生物无机化学方向的博士生。热爱绝非只是一时兴起,搞科研需要沉下心来,贵在持之以恒,重在学懂弄通,不能心浮气躁、浅尝辄止。李团结老师日复一日聆听着自己内心对于化学最深的热爱,用行动践行着自己对于化学的执著,并在这条道路上坚定地前行。

       从08年至今,李团结老师在从事化学研究的同时也进行着日常的教学工作,科研和教学都是他的最爱。有课的时候,他每天7点半左右便来到学校,开始认真备课,课上认真教学,课下为同学们解答疑惑,但他更多的是作为一个“引领者”去启发同学们,让他们自己学会如何思考问题,拓展他们的思维能力。实验室对李团结老师来说是另一个“家”,课余时间他会待在实验室里做实验,当自己对某问题有思路想法时便亲手去操作,进而验证想法的可行性,常常一整天的生活都围绕着课题和实验展开。8年来,从采购实验用品到管理实验室,从确立科研课题到大大小小的实验,李老师都亲力亲为。而他坚持自己亲手进行实验操作,不仅增加了对化学试剂的熟悉,更让他从心底产生一份踏实和安心,搞科学研究没有捷径可走,必须脚踏实地做下去。

       作为李老师25年的同学和朋友,姚昌盛老师见证着他一点一滴的变化,也见证着李老师在化学研究中不变的执著与热爱。谈起李老师论文的发表,姚老师一点也不意外,说道:“他一直是个坚持执著的人,你从他工作7年后还能静下心来边工作边考研就看出来了!工作本来就不轻松还要准备考研,能这么做又坚持下来的人又有几个?”

       日复一日的教学实验在外人看来近乎单调,然而李团结老师却乐在其中。于热闹中选择平淡耕耘,不怕日久磨耗等待剑锋出鞘,就如同冬日梅花香飘大地前不畏等待的寂寞,不惧寒风的刺骨。梅花溢香终有时,只须静心与热情,他坚持并且做到了。

热爱:科学研究最好的的催化剂

       如果说催化剂的“偶然”发现让李团结老师成功地实现突破并发表了论文,那么一直促进李老师科学研究工作的催化剂是他对化学的无限热爱。

       近年来,虽然国内的科研水平逐年提高,但和国际顶尖水平仍有较大差距。由于国内科研环境和自身研究的局限,李团结老师一度陷入化学研究的瓶颈期,没活力、找不到突破口成为他遇到的最大难题。

“我校自2011年起出台了有关教师境外访学的政策,每年资助100名左右的教师去泰晤士报世界大学排名前200的高校访问学习,学校此项投入的总金额高达1000万。” 人事处师资科赵君亚老师这样介绍。学校的这项政策不仅促进了师资队伍的建设和后备人才的培养,更让老师们感受到一种国际学术水平,具备国际化视野,同时也加强了我校与各国高校之间的交流与联系。

       境外访学的政策让李团结老师有了一丝心动,他想要去看看别人在干什么。于是他在2014年向学校提出访学申请,获批后,他于2015年3月前往美国斯克利普斯研究所,师从余金权教授,开始了为期一年的访学之旅。正如他所说的:“要找就找最牛的导师,既然去了就不能浪费这次机会,我要看看人家到底是怎样做研究的,看看别人研究能不能启发我,让我找到一个新的科研兴趣点。”

       机会总是垂青有准备的人,并不是每个人都能够抓住机会,但是李团结老师牢牢地抓住了。访学期间,李团结老师每天8点半左右便来到研究所,开始了一天的实验研究工作。研究所里的成员来自各个国家,在这里他不仅接触了不同国家的人和文化,更重要的是大家可以在一起讨论研究成果,高度活跃的思维让他重新发现化学研究中有价值、有意思的研究点和新的工作兴趣点,这让他庆幸当初决定的正确性。“疯子导师”余金权的执著更是让他看到一个人对化学的热爱可以接近“疯狂”,将化学融入了生活。这也启发他让自己沉下心来想一想自己究竟应该如何去做,如何保持对化学的热爱。

       回忆起在美国的时光,面前的李团结老师脸上充满着笑容,眼神闪闪发亮,他说:“出去之后看到的更多,了解的更多,原来固有的观念也有所改变。只是时间太短了,要是再多一年时间,口语应该可以练得不错了。这次去美国,几乎整天在实验室做实验,都没时间交流和练习口语,确实有点遗憾。”

      《礼记》有云:“博学之,慎思之,明辨之,笃行之。”倘若没有本科、硕士、博士乃至工作后仍能坚持自己做实验的专一和持续不断的学习,怎能得到余金权教授的青睐?倘若没有对课题进行严谨思考与精细计算,哪能对课题进一步进行研究与探索?倘若不是有一颗清晰明辨的头脑与同事、朋友、导师进行沟通协调,又哪能实现科研的突破与创新?

李团结老师凭着自己对化学的热爱与坚持,潜心钻研,积极探索,坚定地走在化学教学与研究的快乐道路上,使其成为生活的一部分,正如他自己所说的,“热闹之外才是生活。”