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10月14日在北京举行的2018未来青年论坛上，南开大学教授、中国科学院院士、2018年未来科学大奖获得者周其林做了科普演讲。他介绍了目前已被广泛用于医药和农药等领域的手性分子，以及一类高效手性催化剂的发现过程。
“左手天才、右手疯子”这样的句式竟然被用以形容差之毫厘、谬以千里的微妙状态，学术上称之为“手性”。从海螺壳的螺旋图案到牵牛花的攀爬方向，大到浩瀚星系，小到化学分子，手性现象在自然界无处不在。它们正如人类的左右双手，看似一模一样，实则完全不同。
“有一本书叫《改变世界的分子》，里面提到了300多种有机分子，其中70%是手性分子。包括中国人发现的青蒿素，也是手性分子。”周其林院士说道。
从海螺壳的螺旋图案到牵牛花的攀爬方向，手性现象无处不在
周其林表示，选择性地合成手性分子的单一异构体是合成化学家长期追逐的梦想，其中实现的关键在于手性催化剂。经过几十年的不懈努力，化学家现在已经能够合成一些手性分子的单一异构体。
对手性的认知不足，可能带来灾难性的后果。上世纪50年代末，一种减缓女性妊娠反应的药物“反应停”被广泛使用。其实，“反应停”的右手分子才是具有镇静效果的成分，左手分子却有致畸副作用。短短数年间，全世界诞生了1万多名先天畸形儿，被称为“反应停”惨剧。
而在现代医药、农药的生产过程中，手性工艺的使用不但会带来巨大的经济效益，还会减少环境负担。
左手分子与右手分子
大名鼎鼎的“周其林催化剂”，就是一类参与手性分子合成过程的催化剂。目标是提高反应的效率和选择性，即“想要右手分子就产生右手分子，想要左手分子就产生左手分子”。
周其林团队在2011年合成的一种高活性手性催化剂凭借455万的转化数，至今保持着分子催化剂的世界记录。刊登论文的那期《德国应用化学》的封面图片为长城，寓意“不到长城非好汉”。
周其林团队在2011年合成的新型手性螺环铱催化剂保持世界纪录。周其林将长城选为了当期《德国应用化学》的封面图片
其实，“周氏催化剂”最基础的螺环结构，早在1999年就被选定。近20年间，螺环结构在周其林的手中不断修饰改进，宛如一只奇妙变幻的万花筒。
“你想要把一件事情真正做好，可不是短时间的。有的人一辈子其实就做一件事，一辈子可能就做一个分子，把它做到极致。”周其林在演讲后接受媒体采访时说道，语速缓慢而坚定。
为什么选螺环结构？“我看它好看”
刚过耳顺之年的周其林祖籍安徽无为，1957年出生于江苏南京。1974年，中学毕业的周其林回乡务农，终日与农田、耕牛为伴。
1977年，重新开启的高考制度给周其林的人生带来了重要转机：第一年，在毫无准备的情况下考试落榜；第二年，他被兰州大学化学系录取。
“如果没有高考，那肯定没有今天，中国只会多一个农民。”时隔40年，他回忆往事时显得淡然。所谓格物致知，神奇的手性化学本身就隐隐若合哲理。
南开大学教授、2018“未来科学大奖”物质科学奖得主周其林院士
“我选择化学也是偶然。当时物理化学都考得不错，第一志愿物理系没有录取，被调剂到了化学。”但周其林现在想来，或许自己本就更适合化学。这是因为，“化学要求的人不仅要有脑，还要有勤快的巧手。现在我发现我做实验，勤快和手巧都还是有的。”
命运的转折点就如手性分子一般精妙，差之毫厘，谬以千里。周其林谦虚地用“偶然”来概括他的际遇，但或许，勤劳和智慧早已为成就奠定了骨架。
1987年，从中科院上海有机化学研究所获得博士学位后，周其林先后在华东理工大学、以及德国、瑞士和美国从事博士后研究，最终在1996年回到华东理工大学任教。
还在华东理工大学做博士后时，中国将加入世界贸易组织，上海外文书店甩卖积压的外文书籍影印本。周其林“用很少的钱背回了很多外文书籍，其中包括有机化合物字典”。回国以后，他开始在这浩如烟海的化合物字典中寻找未来的“周氏配体”。“我们做催化剂的，做梦都想发现一个全新的骨架结构，适用于很多反应；而不是简简单单的一个催化剂，只用于一个反应。”
在成千上万的结构中选定一个骨架，很难完全由理性逻辑支配，有时候甚至接近一门艺术。周其林挑选“看着顺眼”的查文献、做尝试，经历了无数次失败，终于在1999年开始做一类螺环结构。
“一开始做这个螺环的时候，为什么选择它而没选择别的？我看它好看！它有C2对称性，有对称美。”周其林笑着说道。
同样是在1999年，周其林被教育部聘为第一批“长江学者”特聘教授，并转入南开大学工作。
在随后的近20年间，螺环骨架结构成为了他工作的核心，不断改进合成新的配体和催化剂，一生二，二生三，三生万物。
2011年，周其林团队设计合成了一种新型的手性螺环铱催化剂，在酮的不对称催化氢化反应中表现出超高活性，催化剂的转化数达到4550000。而在此之前，文献报道的最高活性手性催化剂的转化数为2400000。
“当时杂志让我做一个封面，我就做了一个长城。中国人说不到长城非好汉，我们终于爬到了长城顶上。”
周其林称他选择研究手性纯粹是出于好奇。“对我而言手性有很多神奇的地方，它是合成化学选择性里最难的一种，因为看上去左手分子和右手分子一模一样，怎么就能区别出来呢？”这种持续的好奇心始终伴随着周其林的科研生涯，至今未灭。
如果要发大财，不能做这么高效的催化剂
你的研究能解决什么问题？这是周其林心目中最好的科研评价标准。“人家已经用别的催化剂解决了，你再去做一个催化剂说我的也可以，甚至好一点，那都没有多少意义。做应用的人可以这么干，做基础研究的不能干这事。”
当然，重要的基础研究成果有时也有巨大的应用价值。中国目前的药物产业中，手性药物占40%以上，按传统工艺每生产一吨药物至少产生100吨废物计算，每年共产生12000万吨废物。如果采用手性合成新工艺，不但能够节约资源，也保护了环境。
此外，全球商品化农药中手性农药占25%，如果全部采用单一异构体，每年将减少数十万吨无效异构体的生产，环境效应十分可观。
“周氏催化剂”已经被广泛用于手性药物生产，“有人说催化剂这么好，可能发大财了吧。”周其林说道。“如果发大财不能做这么高效的催化剂。生产一吨药品买我们一克催化剂就够了，这不赚钱的，这是追求科学目标。”
他希望，青年科研工作者也能以“解决什么问题”作为第一目标，千万不能选择好发论文的方向。
周其林指导学生做实验
大到国家层面上，对待科学研究不能急功近利。“要给科学家一点时间，持续地支持基础研究，我相信拿诺贝尔奖是迟早的事。而且我们也不能总盯着诺贝尔奖，我们做研究是冲着科学、冲着国家和社会需求，对不对？（诺奖）那个东西是锦上添花，做好了自然会有，对不对？你冲着奖去，结果拿不到奖，是因为你既没解决科学的问题，也没解决国家的问题。”
研究螺环结构研究了20年的周其林，深知板凳需坐十年冷的道理。“不要着急，越着急越糟糕，越着急压力越大，也就越不敢做一些原创性、周期长的东西。”
也正因如此，周林呼吁应淡化学术界“三六九等”的区别，精心培养学术土壤。作为第一批“长江学者”，周其林看到“长江学者”之类的帽子曾在经济发展的特殊阶段带动了科研人员的待遇提高，改变了“造原子弹不如卖茶叶蛋”的现象。但近年来，它们越来越成为固化待遇差异、影响青年科学家发展的障碍。
“做基础研的人，是兴趣使然，不求富贵。他们能有一个体面的生活就够了，差别不要太大。”他说道。
中国科技最大的问题是全民科学素质太低
除了化学家的身份，周其林最享受的角色是一名教师。在今年南开大学的本科生开学典礼上，他作为教师代表寄语新生：“在大学，同学们要培养独立精神和科学精神。要学会独立思考，凡事有自己的见解，不盲从盲信，不人云亦云。”
经历过上山下乡的周其林，深感他们那一代人接受的中小学教育基础薄弱，希望担负起育人的责任，使中国下一代的科研起点能够更高。
“我发现中国科技整体最大的问题，还不是水平比某些发达国家落后，而是全民族的科学素质太低，太太低，还不是一点点的低。”他连用三个“低”字，仿佛一串叹息。
其林指出，尽管现在大街上满是大学生，但很多人连中学时的基本科学思维方法都忘记了，遇到问题不去问为什么，而是盲目地相信，导致骗子容易得逞。
“全民族的科学素质如果不提高，科学技术就变成少数人的事，这就麻烦了。”
看得更长远，提前做准备，这是周其林作为科学家的自觉。不久前，他开始关注下一代的资源问题。
化石资源终将耗竭，周其林认为，这在能源上还不是大问题，毕竟有太阳能等清洁能源，配合新型的储能技术可以解决。然而，从石油裂解等反应中提炼的化学品，构成了人类文明的物质基础。
“我是做有机合成的，合成原料没有了，怎么办？”周其林把目光转向了二氧化碳，希冀再次找到神奇高效的“周氏催化剂”，帮助合成替代化学品。
“化石资源什么时候用完？乐观估计几百年，悲观的也要好几十年。但科学研究一定要超前，你不知道哪年要用到，对吧？”
中国手性药研究现状：基本是落后的传统工艺
就中国手性药物研究现状，周其林指出，现在基本没有采用手性合成机制合成单一构型。“基本都是采用混合物，或者混合物做出来再想办法分开，这是落后的传统工艺。”
“我们国家原料药产量非常大，现在接近300万吨每年，实际上我们知道只要是做这些药，它就要产生废物，1吨手性药至少产生100吨废物，其他药也基本差不多。按照这样算每年做原料药产生废物上亿吨。”周其林说。
周其林还指出，不仅仅是药物，农药也是一样。（农药每年产量大概在300多万吨，这个问题更严重一点，基本上都是用两个混合物一起生产的，至少有一半是不必要的。
周其林团队研究：寻找优势手性催化剂
周其林表示，他的研究领域有机合成，就是制造分子。手性药物催化是其着力方向。“我们现在做手性合成，从一个非手性的化合物合成手性化合物，要左手就是左手，要右手就是右手。”周其林说，“这样做效率还不够高，我们希望发展更高效用催化方法，我只要一个催化剂就可以催化成千上万甚至百万个分子的转化，转化成我所要的手性分子。”
“能不能找到一些催化剂，虽然不是万能的，却是对很多反应都有效，对很多分子合成都有效？”周其林表示，寻找这样的“优势手性催化剂”，是其工作的长期目标。
记者了解到，周其林院士潜心十余年，针对不对称催化反应的效率和选择性这一核心科学问题，设计发展了一类全新的手性螺环配体骨架结构。从这类骨架结构出发，他们合成了系列手性螺环配体和催化剂，共计数百个。这些催化剂被国内外同行称为“周氏催化剂”。
手性螺环配体和催化剂在许多不对称催化反应中都表现出优异的催化效率和对映选择性，成为为数不多的一类“优势手性催化剂”。比如在酮化合物的不对称氢化中，手性螺环铱催化剂给出了高达450万的转化数，是目前“最高效的分子催化剂”；在杂原子-氢键插入反应中，手性螺环铜和铁催化剂“打破半个多世纪的沉寂”，实现了这类重要反应的高对映选择性转化。
在此础上，周其林还系统地发展了相关手性配体和催化剂的设计方法。这些成果极大地拓展了人们设计手性配体的想象空间，显著推动了不对称合成学科的发展。
手性螺环催化剂已经被国际上40多个小组跟进研究或者应用于他们的研究中。国际知名制药公司，如罗氏制药和九州制药等已经将手性螺环催化剂用于Aleglitazar和Rivastigmine等手性药物的生产。国际著名试剂公司Aldrich、Strem、J&K等已将这些手性螺环配体和催化剂进行商品化生产和销售。