WLA科学家说⑤ | 做实验被炸成重伤,科研界的“不死鸟”
2021-05-08
WLA上海中心
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编者按:本期的这位2001年诺贝尔化学奖得主、世界顶尖科学家协会副主席野依良治(Ryoji Noyori),不仅有着如标题中提到的十分惊险的实验经历,更是一位颇具影响力和领导地位的战略科学家:1997年成为名古屋大学理学部部長;2000年就任名古屋大学物质科学国际研究中心站长;2001年上半年加入日本文部科学省科学技术学术审议委员会,并担任日本学术振兴会学术顾问;2003-2015年,担任日本理化学研究所(RIKEN)理事长.....他还曾于上世纪80年代初就呼吁日本与中国开展科技合作,并组织促成了“中日青年科学家研讨会”。

  在今天的内容里,我们可以看到他因获益于家庭的学术氛围,震惊于化学工程的“无中生有”,最终成为了一名化学科学家的故事。他在该领域走上了一条人迹罕至之路,并在不确定中埋头苦干六年之后,才得到了重大研究成果。他曾多次来中国参与学术交流,受聘为中国科学院外籍院士。他认为,科学应该是以自由来驱动的,应给予学者更多的自由空间,才能获得有希望的科学研究。

 

  日本著名的有机化学家、名古屋大学教授野依良治(Ryoji Noyori),因在“手性催化的氢化反应”研究方面的贡献,他与美国科学家威廉·诺尔斯(William Knowles)巴瑞·夏普莱斯(Barry Sharpless)一起获得了2001年诺贝尔化学奖。

  得知自己获奖消息时,野依良治难掩欣喜: “诺贝尔奖对自然科学研究者来说,是最高的荣誉,我感到无上光荣。” 野依良治是继福井谦一和白川英树之后,第三位在化学领域获得诺奖的日本科学家。

野依良治参加第二届世界顶尖科学家论坛  图|WLF

 

实验室里的“不死鸟”

野依良治在第三届顶尖科学家论坛上通过全息投影发表演讲  图|WLF

  1938年9月3日,野依良治出生在日本神户的郊区(现芦屋市),与一个姐姐、两个弟弟共同长大。父亲金木(Kaneki)是一家化学公司的研究主管,家中堆满了科学期刊和书籍,以及各种塑料和合成纤维样品,它们对野依良治产生了深远的影响。

  升入中学时,父亲带他参加了一个主题与尼龙有关的公开会议,会上的讲师自豪地宣称这种新纤维可以用煤、空气和水合成。那次会议对12岁的野依良治产生了巨大影响,让他充分意识到了化学的力量,“化学真是太神奇了,能够从几乎什么都没有中,产生出那么多东西来。”他感慨道。

  中学时期,大阪大学、伊利诺伊理工学院和马凯特大学的在读博士中本一雄(Kazuo Nakamoto),给野依良治上了第一堂化学课,使他对化学的兴趣愈发浓厚。于是,中学毕业后,18岁的他进入了聚合物化学研究最活跃的机构——京都大学,并在大三时期开始研究有机化学。

  1963年完成硕士学位后,野依良治立即被任命为不对称催化开创者、京都大学野崎仁教授(Hitosi Nozaki)实验室的教员,开始与后者共同研究分子催化剂。他们把特殊的有机分子与那些能促进化学反应的铜等金属原子相结合,这种新型催化剂能分别合成光学异构体的左右手物质,这种有趣的不对称催化研究后来成为了野依良治的终身研究方向。

  在此期间,他因为经常通宵达旦工作和不惧实验危险,而拥有“鬼曹军”(其意相当于“猛张飞”)和“不死鸟”的绰号。据野崎教授回忆,有一次实验中发生了意外爆炸,野依良治负了重伤,脸部和脖子处缝了20针,但仅仅2天后他就重返了实验室,“不死鸟”的雅称便从此传开。

  1968年,野依良治到名古屋大学理学院任副教授。尽管当时并没有多少人意识到了有机合成的高度实用性,但他当机立断地决定通过有机金属化学来专注有机合成研究,“我从直觉上对这个领域充满了信心。”他说。

  在随后两年的哈佛大学留学期间,“我结识了许多优秀的学生和博士后研究员,包括与康拉德·布洛奇(Konrad Bloch,1964年诺贝尔生理学和医学奖得主) 教授合作的巴瑞·夏普莱斯(2001年与野依良治、威廉·诺尔斯共享诺贝尔化学奖)。这些可靠的朋友以及他们的科学同僚后来成长为了学界杰出研究员,并在很多方面帮助了我。”

  将不对称氢化作为自己终生的研究方向、并于1970年回到名古屋后,野依良治开始继续通过有机金属化学来研究有机合成和均相催化。两年后,33岁的他成为了名古屋大学的正教授,并担任该校研究生院理学研究科主任。从1974年开始,他和同事埋头苦干了6年,中途经历无数失败,在不确定中依旧坚持,终于合成了性能更为优异的手性催化剂分子BINAP,并凭此与美国科学家威廉·诺尔斯巴瑞·夏普莱斯分享了2001年的诺贝尔化学奖。野依良治称,BINAP分子结构像蝴蝶一样,非常漂亮。

BINAP分子结构示意图  图|Carl Roth

 

小发现产生的大价值

野依良治教授访问上海有机所  图|中国科学院

  “化学不只是一门观测学科,或者是理解自然的学科。我们的学科有能力产生很高的价值。人工合成物质和材料将决定我们的生活质量。而催化剂是唯一合理、通用产生有用成分的方法,并具有成本效益、节能和环境友好的特点。”野依良治在2019年上海召开的第二届世界顶尖科学家论坛(WLF)之“未来国际大科学”论坛的演讲中说到。

  对于不少化学门外汉而言,野依良治的研究领域“手性催化的氢化反应”让人有些陌生,然而它其实不难理解。

  自然界许多分子结构形式都是手性的,就像人的左右手,互相对称而又绝不相同。这种结构又像镜子和实物的关系,所以也被称为光学异构体。结构的不同导致它们的性质、作用也截然不同,反映在化学合成药物里,常常是一方有益,一方有害。在人工合成中,这样的手性分子如果想仅留下有益的那个形态,就涉及到了催化。

  1968年,威廉·诺尔斯发现可以利用过渡金属制造手性催化剂,以产生具有特定形态的手性分子。在后续发展中,美国巴瑞·夏普莱斯教授用氧化反应催化剂,诺尔斯和野依良治用氢化反应催化剂,分别实现了光学异构体的不对称合成。这在化学合成方法上实现了突破性创新,开拓了分子合成的新领域,对化学尤其是有机化学的发展有着革命性的意义。同时,野依良治的氢化反应催化剂BINAP,反应过程也十分经济,大大减少了产生的有害废弃物,有利于环境保护。

  小小的手性催化剂,对学术研究和化学品新研制都具有非常重大的意义。特别是在药物领域,其成果已被应用到心血管药、抗生素、激素抗癌药以及中枢神经系统类药物的研制上。手性药物的疗效是原来药物的几倍甚至是几十倍。1983年野依良治和高砂香料工业公司合作,采用只选取左手性薄荷脑的制造方法,让高砂公司成为了世界上最大的薄荷脑生产厂家之一。

  “在我们发现催化剂后已经过了50年,没有人想到,当初这么小的一个发现会对于全球福祉产生这么大的影响。”野依良治说。

 

科学研发应该更自由

中国科学院前院长白春礼(左)会见野依良治  图|中国科学院

  从20世纪年80代以来,野依良治先后多次来到中国,与中国学界进行学术交流,如1982年出席在上海举行的第二次日美有机金属化学和无机化学专题研讨论会;1985年在中科院上海有机化学研究所作专题报告;2000年参加上海第19届IUPAC国际有机金属化学会议。

  在2006年国家自然科学基金委员会成立20周年之际,得益于留学期间东西方科学交流带来巨大思维拓展的野依良治,曾对中国未来的科学发展提出了自己的建议:“拥有众多人口的中国将成为21世纪一个不容忽视的国家。快速的现代化进程使中国面临着诸如环境破坏、能源供应不稳定等一系列难题,这些问题也是全人类所共同面对的。与西方的还原主义不同,中国崇尚天人合一的自然观,用整体论的方式去理解人和自然。希望中国能通过独具特色的基于科学的技术发展,向子孙后代呈现一种全新的价值观。”2011年,野依良治成为了中国科学院外籍院士。

  而作为世界顶尖科学家协会(WLA)的副主席,他多次参与由WLA发起的世界顶尖科学家论坛(WLF)。他认为,诺奖并不是评价科学家成就的唯一奖项,并表示中国应该对培养本土诞生的自然科学领域诺奖获得者更多一点耐心。他一直主张,不应该只要求研究者在短时间内取得成果,而应该为他们提供能够长期埋头开展科学研究的场所。但他表示,日本目前也面临着相似的问题,日本主流的三种自然科学研究机构中,政府机构和企业资助的实验室,研究通常都带有很强的目的性。

  “真的科学研究应该是自由的,没有这些目的性,所以我认为学校的实验室应该保持自治和自由,以自由来驱动科学研究,只有这样你的科学研究才是有希望的。”野依良治说。

  “全球科研的重心正在从欧洲和北美向其它地区迁移,相信东方会成为全球与欧美并列的新的科研中心。”为了顺应这种趋势,野依良治在去年的第三届WLF上,建议政府应给予学者更多的自由空间,同时还鼓励年轻学者克服困难,树立远大抱负,勇于探索未知的领域。

( 部分资料来源:诺贝尔奖官网官方野依良治自传与访谈)

特约撰稿  张泽茜

  编辑  冬青子

责任编辑  羽   华

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