冯小明:二十年磨一剑,耐得住寂寞的科学家

2018-09-10

冯小明是2018年未来科学大奖物质科学奖得主之一,最让人感动的是他从事催化剂研究22年,他的研究直到最近几年才被人们认可和接受。在此之前的近20年时间,他一直埋头苦干,默默无闻。对于科学研究,他最大的想法是要耐得住寂寞,但同时也希望大家能对科学家多点理解和包容。


冯小明是谁?他做了什麽?


冯小明,1964年生于中国四川,1996年在中国科学院化学研究所获得博士学位。现为四川大学教授。


冯小明博士设计合成了系列手性双氮氧配体及催化剂,以优秀的对映选择性实现了多种手性Lewis酸催化的碳–碳成键新反应,为一些重要生理活性手性化合物的合成提供了有效方法。冯小明博士的冯氏手性双氮氧配体及催化剂在国际上学术界和工业界得到了广泛的认可和应用。


获奖名单公布后,北京大学物理学院量子材料科学中心教授,未来论坛青创联盟成员江颖代表未来科学大奖采访了冯小明。具体内容如下:


获奖感受


江:冯老师,你好。我是江颖,首先恭喜你荣获了2018年未来科学大奖物质科学奖,祝贺您!作为今年的获奖者,能不能请您谈一下得奖的感想呢?


冯:首先真的是没想到,我从1996年开始独立从事不对称催化研究,至今已经22年,真的很长时间。接到田刚主席电话的时候我真的激动,我觉得基础研究工作得到了评审委员会和大家的认可。


我的研究能得到评审委员会提名,我想有几个原因:一个是研究的原创性在里面起了主要作用,第二个原因是它的应用性很强,现在国内外的一些著名大学和著名教授都在使用我们的催化剂,特别是一些制药公司在研发过程中也在用我们催化剂进行药物合成研究,取得了很好的进展,这也显示了我们催化剂的应用性和有用性。所以我在想,得到未来科学大奖后,我要在研究工作的原创性、创新性、引领性和有用性方面多下功夫。

  

研究成果


江:您说的非常好,未来大奖给您三位老师的获奖评语是说表彰你们三位老师在发明新催化剂和新反应方面的创造性贡献,为合成有机分子特别是药物分子提供了新的途径,那么能否请您简单通俗地介绍一下您在这方面的研究成果是什么呢?


冯:我研究主要的突破是在,催化剂在类别上可能已经有数百种,那从分子个数上有可能超万个,但是,真正的具有广谱性的优势催化剂还很少。由于2011年诺贝尔奖给不对称均相催化领域授奖之后,把这个领域又推向了一个新的高潮。


并且在催化剂的设计理念上已经形成了一些固有的概念,如配体或催化剂骨架需要有刚性,配位原子通常是氧、氮、磷等。我们今天很多研究,包括我本人实际上也已经对这种概念,这种定性认可了。但在做的过程中,我们催化剂能取得好的结果就是在催化剂的设计理念上有一个新的进展。即是在配体或催化剂里引入柔性结构单元,使催化剂结构既有刚性又有柔性。这个和我们中国的传统文化有点相似,刚柔相济。


我们发展的手性双氮氧化合物既可做手性有机催化剂又可做手性配体与金属生成配合物催化剂,能高效高选择性地催化近50类反应,尤其是一些不对称新反应,获得优秀的结果。


所发展的方法在一些药物分子和候选药物分子的合成中,也显示出了独特的作用,获得优秀的结果,如在普瑞巴林和帕罗西丁等药物分子的合成里面得到了很好的应用。

  

不对称反应


江:您获奖理由提到一个不对称反应的概念。能不能麻烦您简单介绍一下什么叫不对称反应?因为很多人可能不是太了解。


冯:简单说就是一个化合物的两个异构体互为镜像,且不能重合。用学术语言说,若一个分子既无对称面、对称中心,又无S4反轴,基本上可以断定它是手性分子。它就像左手和右手一样,只能镜面对称,不能完全重叠,我们将这样的化合物分子简称叫手性分子,这种不对称性简称手性。


一对对映异构体分子,物理性质和化学性质相似或相近,但生理活性可能完全相反。在药物分子里面。这种现象很多,两个对映异构体分子活性可能完全相反,一个有用,一个有毒,这就要求我们在合成过程中只获得有用的单一对映异构体分子,这种合成通常称为不对称合成,其反应叫不对称反应。


关键因素

江:所以最主要的是要设计合成手性催化剂,是吧?


冯:对,首先要有催化剂,然后用它来催化不对称反应,期待高效高选择性地获得单一对映异构体分子。


江:我大概了解了,那么这个研究中最关键的因素在哪里?


冯:这研究最关键是发展高效高选择性的催化剂,尤其是要突破现有催化剂的局限。因此我们在已有的设计理念和认知里进行了扩展,从而发展了一类高效高选择性的手性催化剂,为手性催化剂的设计合成理念上提供了补充。


克服困难


江:您在研究的近20年中有没有遇到过一些很困难的时期,在这个困难的时期,你是怎么样克服困难的呢?


冯:困难的时期,尤其是这种原创性的催化剂的设计和合成,是要突破一些原来人们已经形成的一些定式和理念。这类新催化剂,我们不知道它的性质和催化机制,我们对它的认识几乎没有,也就是处于未知状态。


在这个未知状态下,我们要去做这一类不知道前景怎么样的一个未知的工作,首先是心理压力很大;第二是带着这个团队进行这个研究的时候,团队成员的压力很大;第三是在研究工作没获得好的进展时,坚持还是放弃,选择很困难。直到2007年,我们的研究工作才有一些好的结果。


首先解决对这类催化剂的基本性质的认识,然后在手性双氮氧化合物作为有机催化剂和手性配体显示出了潜力。通过不懈努力,解决一个接一个具有挑战性的科学问题。


优秀的团队

江:您团队合作在你的研究中发挥了什么样的作用?或者你认为一个优秀的团队应该具有什么样的品质?


冯:我觉得一个优秀的团队是获得优秀研究成果的关键。


研究工作首先是团队有一个团结协作、齐心聚力的过程,如果一个团队不能互相理解、互相帮助、互相协作、互相鼓励,那么这个成果是不可能取得的。


第二,这个团队在研究过程中一定要有一个坚定的信念,就是说一定要在这个工作中坚持走到最后,取得优秀的成果,在坚持过程中还要学会既要坚持也要有所放弃,坚持和放弃的时机很重要。


第三,就是要敢于创新,如果是跟着他人走,是证明他人的设想和研究思想;如果是一个原创性的研究内容,你的工作有可能引发一系列的后继研究,从而起引领作用。


第四,是团队每一个人都要有责任心,每一个成员希望自己承担的责任多一点,把这个科学问题解决掉。总体来说,团队就是要有坚定信念、敢于创新、实事求是、强化责任这样的精神。


江:对,这个我非常同意,那么您作为一个学术带头人,在遇到困难的情况下,怎样协调团队成员之间的协作,来激发他们创新潜力?


冯:我觉得对团队成员工作的辛苦、困难要有足够的理解,要帮助他们解决工作生活中的困难和后顾之忧,让他们能完全投入,潜心到研究中去。通过课题组文化建设,形成共同的理想、共同的目标,解决共同的科学问题,从而每一位成员在共同的奋斗中得到成长,增强能力,提升素质,激发大家的创新潜力,围绕共同的事业,努力奋斗。


最新研究


江:您最近在做什么事儿?你最近的方向是什么?最近做的这个方向跟你以前的这个获奖的成果有什么关系?


冯:我最近的研究一方面是有新的方向在探索和开拓,更重要的还是愿意做我现在已有的研究工作,因为我们已有的研究原创性强,发展的新型催化剂和方法已得到国内外一些著名高校、研究所和公司的使用,获得了一些著名教授的正面评价,在国内外形成了广泛的影响。


所以继续这个方向,开展相关内容物理化学性质的研究和基本规律的总结,形成理论并反过来指导研究领域的发展。此外,还有一些应用性的研究,比如通过生物活性筛选,希望在所合成的化合物里面产生几个有用的活性分子,这样才有可能更好的为人类造福。


江:那您认为现在您这个领域里面是否还有一些重大的研究问题需要突破,那么一旦突破的话有什么重大的意义呢?


​冯:还有很多的关键科学问题需要研究和突破,例如,一些重要的不对称反应如何转化到工业生产中;手性起源的问题;如何突破手性催化剂的局限,发展高效广谱的手性催化剂。这些问题若能突破,手性药物和手性精细化学品的合成技术将会得到解决和发展,促进绿色化学和精准合成的发展,有利于朝着100%的转化率和没有废物排出的目标接近,可为一些重要手性化学品的制造提供一些原创性的技术支撑。


江:麻烦您再简单的介绍一下这个成果在产业界已经具体有什么样的应用,它产生了什么影响?


冯:我们发展的催化剂和方法已在四十多类反应中得到了优秀的结果,尤其是一些不对称新反应,也在国内外一些著名的课题组得到应用,获得优秀的结果,为一些重要的手性分子合成提供了高效的途径。也将一些合成方法应用药物和候选药物分子的合成中,得到了优秀的结果,形成了专利,转让给制药公司进行产业化研究,有望为手性化学工业的发展,尤其是一些具有自主知识产权的手性技术的发展做出贡献。


对我国原始创新的看法


江:您对我国现在原始创新的现状有什么样的看法?


冯:对我们国家现在这种原始创新,我还是很担忧,就是从化学来说,我们现在很多东西是跟踪性的,走的很快,但是其研究源头或发起研究者不在中国。


江:那您能不能具体谈一下?如果要促成这种原始创新,我们大概需要具备哪些条件呢?


冯:一是在科学研究的评价体系要改变,让其适宜具有原创性、创新性和引领性研究工作的产生;二是加强系统性、深入性和特色性研究工作;三是加强学术诚信建设的力度,强化学术违规的惩处。


江:如果要做创新的话,很多时候刚开始创新的时候肯定是比较冷门的,因为没有多少人会跟着做,那么这个时候我们怎么样才能在不被大家认可的情况下,来坚持自己的这个兴趣和选择,你有没有什么建议?


冯:就我来说,在2007年以前,研究工作的进展不如意,看到同龄人一批批优秀的研究成果都出来了都发表了,我还在这里面不停地痛苦地探索。这种痛苦又是必然的,做科研不可能没有困难。


做研究是把未知变成已知,中间充满了不确定性,大量的东西都是失败的。像大浪淘沙一样,大部分都留不下来。每时每刻都在经历着坚持还是放弃的选择。你不知道什么时候能成功,可能再坚持一下就做成了,也有可能永远不成功。这个时候需要环境宽容,对这种原始创新的、探索性的工作要宽容时间,宽容失败,允许重来,而且同行应该给矛理解和支持,纾解压力。


给年轻人的建议


江:非常有用的建议,那就顺着这个问题我再问一下冯老师,您对以后要从事科学研究或者是刚刚进入科学研究的年轻人有没有什么建议?


冯:我的建议就是选题要围绕重要的科学问题,研究课题要具有原创性、刨新性、引领性和有用性,研究要静下心,耐得住寂寞,潜心治学,注重严谨求实的学风。跟着你的兴趣和选择,做好坚持和放弃,总能实现自己的目标。


江:有很多年轻的老师和科研工作者,他们在选择这种重要的科学问题的方面,好像还有一些拿不准,您是怎么样选择方向的呢?


冯:因为我在美国做博后研究的时候,和我的合作导师史一安教授,我们经常讨论一些科学问题,也涉及到选择研究课题,在讨论的过程中就说考虑到我回国去做什么研究,史一安教授说你要做就做别人没做过的研究,这个研究一旦出成绩了,就会引发后续的一系列研究,产生良好的影响。我记住了这句话,回国之后就选择我现在从事的这个领域。


感谢


江:我觉得这个建议实际上对年轻人是非常重要。我们还有最后一个问题,冯老师您现在最想感谢的人有哪些?


冯:我最想感谢的人就是一路走过来,我的老师、研究生导师、博后导师,他们对我科学研究的理念,工作方式方法的培养,能力的提升起了很重要的作用。第二,感谢我的团队。在非常困难的情况下,我们能齐心聚力研究,解决一个接一个的科学问题。第三,一些同行、前辈和朋友对研究工作的讨论和指导。第四,感谢我的家人对我的理解和支持。


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