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【新征程 新作为】赵宝国教授课题组Science《科学》上发表论文 在仿生催化和有机小分子催化研究领域获重要突破
发布人:信息发布员  发布时间:2018-06-29  

在国家自然科学基金项目 (项目编号:21672148, 21472125)等资助下,上海师范大学资源化学教育部重点实验室赵宝国课题组在仿生催化和有机小分子催化等领域中展开研究,提出和发展了“羰基催化”的新型催化模式,研究成果以“Carbonyl Catalysis Enables a Biomimetic Asymmetric Mannich Reaction”(羰基催化的策略实现仿生的不对称曼尼希反应)为题,于629日在Science(《科学》)上发表论文。为此,宣传部记者对赵宝国教授及其课题成员进行了专访。

 

 

记者:首先,请您对发表在Science上的论文研究成果简单介绍一下。

赵宝国:这次的研究成果,是在仿生催化和有机小分子催化等领域中展开的。仿生催化是向大自然学习、模拟生物酶的化学催化技术,它有利于实现从源头减少污染,顺应了绿色及可持续性发展战略的需要,是催化学科的一种重要发展趋势。本研究是基于辅酶维生素B6的仿生催化的工作,将维生素B6这一生物元素性地得到一系列手性的a,b-二氨酸酯类化合物。a,b-二氨酸是一类具有很高生物活性的重要化合物,如抗生素L应用于催化与合成的领域中。

在本研究中,我们基于维生素 B6核心骨架发展了轴手性N-甲基吡哆醛催化剂,并用羰基催化的策略实现了仿生的不对称曼尼希反应。催化剂能像酶一样在含水体系中催化甘氨酸酯对亚胺的不对称加成,高活性、高选择avendomycin和血小板糖蛋白b/a受体拮抗剂Roxifiban中都含有手性a,b-二氨酸结构片断,该研究工作为此类化合物的制备提供了一种高效的、绿色的合成方法。反应如酶催化过程类似,催化剂对两个反应底物具有协同的双重活化作用,因此表现出非常优秀的催化效果。

记者:这一研究成果有哪些重大突破?应用前景如何?

赵宝国:该研究工作的意义体现在两个方面:其一是提出和实现了羰基催化的新催化模式,羰基催化有可能会带来许多新的转化和反应,是有机小分子催化领域中的一个重要进展;其二是在我们前期的工作基础上,进一步拓展了辅酶维生素 B6核心骨架在不对称催化领域中的应用,为把这一奇妙生物元素的强大催化功能在有机化学中发挥出来,打下了更为坚实的基础,是仿生催化领域的一个重要进展。我觉得该研究和后续的工作将来对有机合成、精细化工、生物医药等领域会有应用价值

记者:您能介绍一下课题组的成员吗?

赵宝国:我们课题组现在有教授、副教授和讲师各1名,在读的联合培养博士生研究生1名,硕士研究生13名。该研究工作共同第一作者陈剑锋是我们课题组2015届硕士毕业生,目前为中国科学院成都有机化学研究所的袁伟成研究员和我们学校联合培养的博士研究生;另一位共同第一作者龚幸是我们课题组2016届的硕士研究生。

记者:课题组在资源化学教育部重点实验室中主要从事哪些方面的研究?

赵宝国:作为资源化学教育部重点实验室的骨干成员,我们课题组主要从事绿色化学方向的研究,发展绿色的合成方法。我们进行的仿生催化的研究就是为了发展像生物酶一样的催化剂,使其具有环境友好、条件温和、反应高效和产物选择性好等特点,从而实现从源头上减少和控制污染。

  

记者:你们课题组目前的研究状况和未来的方向是怎样的?

赵宝国:辅酶维生素B6在生物体内表现出强大的催化功能,能催化很多转化,但其催化能力在有机化学中不仅没有得到足够的认识,更没有得到发展。我们课题组一直致力于基于维生素 B6核心骨架的仿生催化的研究。在前期的研究中,我们已经发展了多种手性吡哆醛/吡哆胺催化体系,实现了手性吡哆醛/吡哆胺催化仿生不对称转氨化,可以用于合成各种重要的手性氨基酸,这也是第一次实现的基于辅酶维生素B6核心骨架在仿生不对称催化领域中的应用(Org. Lett. 2015, 17, 5784J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10730Org. Lett. 2016, 18, 3658)。

该研究工作是我们在仿生催化研究领域中的继续深入和延续。在今后的工作中,我们将重点从两个方向展开:一方面继续深入研究辅酶维生素B6骨架在仿生催化领域中的应用,把这一奇妙生物元素的强大催化功能在有机化学中发挥出来,更多地开花结果;另一方面,我们将继续深入研究和发展“羰基催化”这一新催化模式,实现更多的新转化,希望将其发展成为一个重要的基本催化模式。

  

记者:您认为此项科研成果的取得与哪些因素有关?

赵宝国:我觉得今天取得的一些科研上的成绩离不开国家、上海市和上海师范大学的大力资助和支持。我2011年回国后,很快就得到了国家自然科学基金面上项目、教育部的“新世纪优秀人才支持计划”、上海市教委的“特聘教授”人才项目、上海市科委的“浦江人才”和上海师范大学的人才启动等经费和项目的支持,这些资助是我科研上的第一桶金。我们课题组是依托于我校生命与环境科学学院和资源化学教育部重点实验室,学校和学院的领导都对我们的学科建设非常重视,为我开展工作提供了科研平台和宽松的学术环境。由于我们学科没有博士点,我们的科研工作主要是由硕士研究生完成的,他们成为实验室的科研主力军,非常感谢他们的努力工作。另外,我也要感谢中国科学院成都有机化学研究所的袁伟成研究员给我们的支持,该研究工作共同第一作者陈剑锋就是他和我联合指导的博士研究生。最后,我要特别感谢培养我的几位导师,他们是南京大学的徐建华教授、中国科学院上海有机化学研究所的丁奎岭院士和美国科罗拉多州立大学的史一安教授,他们严谨的学术态度对我有深远的影响;丁老师和史老师平时都总强调选题的高度、学术价值与应用潜力,他们对我科研方向的选择有着潜移默化的影响。

记者:课题组是如何实现科研育人与教学育人相结合?

赵宝国:该研究工作是在培养研究生的过程中完成的。多名研究生都参与到课题的研究中,锻炼了学生的动手能力,提高了他们发现问题和解决问题的本领,学会将理论知识与实际问题有效地结合。通过课题的开展,他们成长为动手能力强、理论基础扎实、严谨、优秀的有机化学人才。

  

  

记者:作为参与此项课题研究的学生,有什么感想?

陈同学:这篇文章的发表,赵老师付出了很多心血,从前期实验,到后期投稿,无时不刻不奋战在实验室第一线,一起讨论实验解决方案,核对实验数据,修改文章稿件,经常工作到深夜。赵老师学术思维敏捷,他严谨的治学态度和深入细致的工作作风给整个课题组奠定了一个积极向上的科研氛围,多年来的辛劳耕耘,终于得到了回报。  

李同学:赵老师为人和善,有空就会到实验室询问实验情况,在我们遇到问题时,都会在第一时间一起商量解决问题。他科研思维新颖,一直致力于为所从事的领域作出自己的贡献。