人物简介

化学是科学研究的基础,关系到人们衣食住行的方方面面,对社会的发展有着重要的意义。比如,青蒿素的发现就拯救了一大批疟疾患者的生命。在制药过程中,往往需要应用大量的化学反应来发现和合成药物。

谭斌,南方科技大学化学系教授,化学系副主任,博士生导师,国家千人计划青年专家。2012年中组部第四批青年千人计划入选者,2013年深圳市海外高层次人才孔雀计划入选人员。科研方向为轴手性化学、核心骨架导向的不对称催化等领域。加入南科大五年多以来,在轴手性化学等领域取得了多项有特色的原创性研究成果。以通讯作者发表30多篇高水平期刊论文,其中影响因子大于10的论文20篇,包括1篇Science,1篇Nat.
Chem.,4篇J. Am. Chem. Soc.,8篇Angew. Chem. Int. Ed.,3篇Nat.
Commun.,1篇Acc. Chem.
Res.。这些独立发表的论文他引1100余次,其中单篇最高他引370次。论文多次被Synfacts、ChemistryViews、
Organic Chemistry Portal 和《有机化学》等作为亮点评述和重点介绍。

Ugi四组分反应是一项广泛应用于药物发现的反应。这个反应发现于20世纪60年代,在有机化学中具有举足轻重的地位。但是,传统的Ugi反应所得到的分子一般是难以分离的消旋体。而借助现有的合成手段只合成其中一个异构体又非常困难,并且效率低下。半世纪以来全球的科学家们苦思冥想,一直没有找到只合成一个对映异构体的有效方法。

近日,国家自然科学基金委员会公布2018年度国家杰出青年科学基金评审结果,南方科技大学化学系谭斌教授获得资助。获悉后,校新闻中心记者专访了谭斌教授。

2018年9月14日,南方科技大学化学系教授谭斌团队在国际顶尖学术期刊《科学》上以长文的形式在线发表了题为Asymmetric
phosphoric acid-catalyzed four-component Ugi
reaction的论文。这一基础研究的突破,解决了近60年来合成化学家一直挑战的科学难题,即怎样实现Ugi四组分反应立体化学的有效控制。

在全世界范围内,做有机催化构建轴手性化合物领域的人还比较少,但谭斌教授课题组已在这个领域取得了一系列的研究成果。今年年初,国际著名学术期刊Accounts
of Chemical Research杂志主编Cynthia J.
Burrows教授更特地邀请谭教授撰文综述他在这方面的成果贡献(Acc. Chem. Res.
2018, 51, 534.)。这是该期刊全球首篇关于轴手性化学领域的综述文章。

值得一提的是,该项研究的主导者,通讯作者谭斌正是南科大培养的第一位杰青获得者。另一位通讯作者是来自加州大学洛杉矶分校的合作者K.N.Houk教授。谭斌课题组的博士生张健与留美博士后余沛源为共同第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金委、南科大校长基金、深圳市科创委的资助。这项成果是第一篇全过程在南科大完成的,并以第一通讯单位发表的Science文章,见证了南科大科研实力的飞速发展。

谈起自己的获杰出青年基金感受,谭教授表示:更重要的是对我学术的肯定,我要更加努力,争取做得更好。

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攻克催化小反应 挑战立体化学大问题

南科大的人都有一股拼劲

药物分子的立体化学很重要,立体化学相反的两种物质(称为对映异构体,如同左手和右手,呈镜面对称但不能重合)具有不同的药理性质,往往其中只有一种是有效的,而另外一种则可能是有害的。传统的Ugi反应所得到的分子一般是难以分离的消旋体,而借助现有的合成手段只合成其中一种异构体非常困难,并且效率低下。

2012年从美国斯克普斯研究所 (The Scripps Research
Institute)学成归国后,该年9月,谭斌以准聘(Tenure-Track)副教授身份加入南方科技大学化学系。回望这六年,他感叹道:我是与这所年轻学校共奋斗、同成长。

在此之前,谭斌一直致力于有机催化不对称合成的研究,以通讯作者的身份共发表30余篇期刊论文,影响因子大于10的论文20篇,单篇引用最高396次,其中包括1篇Nature
Chemistry(自然化学,影响因子26.201)等。

南科大的人都有一股拼劲。

为了挑战立体化学问题,谭斌带领课题组成员做了很多努力。经过多次反复论证,他们最后的设想是利用手性磷酸实现对映选择性的Ugi四组分反应。

谭教授笑道:这股子拼劲,可不是说一说。从学校的管理层、身边的同事到学生都如此。

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走在南科大的校园里,实验室里是科研人员专注的身影,图书馆的讨论间里同学们正围绕着课题正开展着激烈的辩论,行政楼的会议室里是不间断的各种办公会。这样热火朝天的场景,不论白天黑夜,工作日或周末,都在南科大这宁静校园内纷呈上演。

在有机催化发展的20年间,许许多多涉及亚胺的不对称催化反应都是通过手性磷酸解决的。四组分Ugi反应也涉及到亚胺,一个关键的中间体是亚胺,但是一直没有人能够利用手性磷酸(哪怕是其它类型的手性催化剂)成功实现催化不对称的四组分Ugi反应。背后的原因很复杂,包括反应体系组分多,反应复杂,立体控制难,尤其是背景反应强烈。谭斌团队独辟蹊径,采取了手性磷酸解决这个科学难题。

刚加入南科大的时候,看中的正是这种氛围。那时候,不管是老师还是学生都很有冲劲,大家拧成一股绳干事,都是为了做一些事情,都希望能为国家的科研和高等教育改革做一些力所能及的贡献。我就是被这种氛围和初心所吸引着的,谭教授回忆道。

手性磷酸是谭斌课题组的一项独门利器,课题组之前的很多创新成果都是使用该方法解决的。例如,2015年谭斌课题组实现了磷酸催化的不对称Passerini三组分反应。但是,即便手握利器,立体化学问题的解决也并非一蹴而就。

访谈中,谭教授提到了当初在新加坡南洋理工大学求学,在美国斯克普斯研究所做研究的经历。这一次次学术人生的飞跃,眼界的不断开拓让他觉得,南科大这所新学校有着不一样的气质。这种气质似曾相识,且不断地吸引着他,让他看到了继续不断攀登的可能。

简单来说,实验过程中的关键点和难点在于科研人员需要将一项指标,即对映体过量指标提升至90%及以上。然而刚起步的时候,该指标的结果要么是0要么是10%以下,一直无法达到需要的数值。团队成员们日复一日地更新实验设计,不断地实施实验和分析结果,对映体过量也只能从刚开始的0,慢慢提升至80%,始终没法达到预计的数值。这让谭斌团队成员们非常苦恼,研究也一度陷入僵局。

南科大是一个很好的平台,这里不仅仅有良好的氛围,这里有全新的理念、良好的制度、学术自由,这里没有历史的包袱,这里有的是做学问所需的各种催化剂。

谭斌表示,当时课题组的成员们都感到束手无策,但是仍然坚持攻关。他们坚持筛选条件,排查原因,把所有可以试的方法都尝试一遍。在最后关头,课题组意外地做出一种新型催化剂,他们决定试一试。结果是可喜的,使用了这一新催化剂后,对映体过量指标一下子做到90%以上。

谈科研:不能靠也不能等

使用新型催化剂,立体选择性的四组分Ugi反应是实现了,但是他们并没有满足。谭斌认为这个反应的适用范围还有提升的空间,肯定还有路可走。于是,整个课题组不怕费工夫,又重头仔细再梳理了一遍实验过程。他们认为进一步扩展这个反应底物的组合,就可以更广普的方式解决问题。课题组的张健博士说:我们就是要做到更好。

学成归来后,不少国内知名高校向他抛出了橄榄枝。现在回头看,他更坚定了当初的选择。

然而,改变底物的组合意味着需要改变整个实验和研究的方法体系(不同类型的亚胺反应性质差别很大),这对于团队来说是一个不小的挑战。但是,他们还是毅然地选择重新开始,对各种反应的条件进行了摸索。经过将近一年的探索,他们终于获得了满意的结果。他们的方法体系所适用的范围进一步得到了扩展。

澳门赌城官网,当年,他认为自己从国外回来的,要争取更好的环境做科研比较难。结合过往的学术经历,他认为好的理念和平台非常重要,做对了选择,再加上自己的机遇和不懈的努力,在科研上做出些成果是可能的。在南科大的这几年,按谭教授的原话引述对我有着非同凡响的意义。

在实验完成后,文章进入了第一轮投稿过程。返回的审稿意见是希望作者能够提供充分的机理研究。但机理研究非谭斌团队的专长。

2012年,谭教授刚入校还没有自己的实验室。这和加入课题组不同,要开展研究方方面面都要靠自己想办法。

为此,谭斌教授联合理论计算化学的大牛、加州大学洛杉矶分校的K.N.Houk教授在理论计算的层面对这一科学问题进行研究,获得到了详尽的反应机理和创新性的研究结论,也为相关研究提供了新思路。理论计算还表明,手性磷酸对于该项研究的成功至关重要。留美博士后余沛源在机理研究方面做了大量工作。

当时他特别坚定轴手性化合物领域的研究方向,当时全世界范围内还没有几个人在做这个方向,他认为那是一个还没有太多人走的道路。

从2015年开始这项研究,到2018年5月,这项研究终于画上了完满的句号。由于Ugi四组分反应具有高度原子经济性,步骤经济型以及汇聚式的合成等特点,它被广泛地应用于药物发现和杂环骨架、天然产物、大环化合物、聚合物以及其它一些功能分子的合成当中。如今,催化不对称Ugi四组分反应的实现,有望进一步促进化学以及相关学科的发展,例如不对称多组分反应的研究,大位阻手性磷酸在有机合成中的应用,基于亚胺的催化不对称反应的研究,药物发现,手性材料的开发,以及生命科学的研究等。

在美国斯克普斯研究所的时候,他参与了一项与轴手性化合物相关的实验,在这个过程中他意识到了一个有待发展的学术前沿领域。但是,当时国内基本上没有课题组做这个研究。南科大拥有较为宽松的学术氛围,他当时就决定,在南科大,我有机会做新的领域,不用再做前人做过的研究。

满怀昂扬热情 用不服输劲头做科研

要做出些成果,谭教授感叹道并不轻松。

谭斌认为:南科大除了在经费、设备和空间等方面提供强有力的保障外,周围同事的水平优秀,自己的团队好,是自己能步步向前的重要原因。

按他的理解,年轻科研人员最富创造力的黄金阶段就十来年,不抓紧,一旦错过几年,想赶也不太能赶得上了。

2012年,谭斌加入刚刚起步的南方科技大学,校园的科研平台都还没有开始创建。谭斌率先组建团队开始研究。实际上,当时的谭斌团队更确切地说是谭、刘课题组,由谭斌与同系的刘心元教授两名年轻的学术带头人和若干名研究员组成。

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