有机化学界的“西毒”K. C. Nicolaou

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有机化学界的“西毒”K. C. Nicolaou  第1张


凌晨捷报

1994年某天凌晨,睡梦中的Nicolaou被电话吵醒,是他的学生打来的。“请您务必现在来实验室!”“我很困,有事不能等天亮吗?”对方的声音焦急而兴奋:“也许,我们合成了taxol(紫杉醇)!”Nicolaou一下子睡意全无:“我5分钟内赶到!”,

据说,2个小时后论文写好寄出。15年后,再次回忆起这一幕,Nicolaou脸上依然浮现着幸福的微笑,而当年那个半夜打出电话的学生就是当今国内的全合成大牛、北京大学杨震教授。在Nicolaou眼里,这个需要与毒性试剂密切接触、需要面对无数次失败的工作,虽然枯燥却充满乐趣。

上世纪80年代初,人们发现从太平洋紫杉树皮中提取的紫杉醇有很好的抗癌疗效,但这种天然产物产量极为有限,紫杉醇的立体化学结构也特别复杂,使得紫杉醇的全合成工作特别困难,引起世界众多有机化学家的兴趣。当时世界各大公司、著名的研究室,都在纷纷竞争来实现这个分子的全合成。1992年杨震在香港中文大学黄乃正院士的推荐下来到美国斯克利普斯研究所追随当时合成化学界的一代宗师尼克劳(Nicolaou)教授读博,也正好赶上这个末班车。

先后共有30多个研究组参与研究,化学家们投入大量人力和财力进行了几十万次实验,实属罕见。而Nicolaou教授指导下紫杉醇合成的成功,在有机化学和抗肿瘤药物研发领域意义非凡。欢迎关注化学宝库。1994年2月17日,Nature杂志首先报道了taxol的全合成。

Nicolaou课题组的Taxol合成策略如下:通过DA反应构建了A环和C环两个六元环,然后先通过Shapiro反应连接AC两个片段,最后通过MuMurry反应关上八元环。这是一则非常精彩的全合成,是K. C. Nicolaou教授的经典作品之一,杨震这个名字也因此被很多人熟悉起来。


有机化学界的“西毒”K. C. Nicolaou  第2张

取得这个成就足以令人自豪,不过,Nicolaou依然醉心于事业。过去的30多年,Nicolaou教授以其惊人的毅力、胆略和勇气合成了众多结构新颖的复杂天然产物,,例如两性霉素B(Amphotericin B)、西罗莫司(Sirolimus)、紫杉醇(Taxol)、万古霉素(Vancomycin)等等。欢迎关注化学宝库。其中每一个分子合成中的精妙之处都体现了Nicolaou教授在全合成化学领域的极深造诣。他的科学精神始终鼓舞着新一代合成化学家满怀激情地投身到全合成化学的研究行列。

Nicolaou 教授简介

有机化学界的“西毒”K. C. Nicolaou  第3张


K. C. Nicolaou教授,全名Kyriacos Costa Nicolaou。1969-1972年,以第一名的荣誉在Bedford College获理学学士学位;1972-1973年,获得英国University College博士学位, 师从F. Sondheimer教授和P. J. Garratt教授;1972-1973年,他在哥伦比亚大学进行博士后研究,师从E. J. Kazt教授;1973-1976年,在哈佛大学进行博士后研究,师从诺贝尔奖获得者 E. J. Corey教授。先后在宾夕法尼亚大学、加州大学圣地亚哥分校(UCSD)、斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute,TSRI)任职教授。欢迎关注化学宝库。2013年起,Nicolaou教授转到美国莱斯大学(Rice University)任职。被选为美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士、美国科学发展促进会会士、雅典科学院外籍院士等,获得了非常非常多的化学领域奖项,如 2016年沃尔夫化学奖(Wolf Prize in Chemistry)、2005年阿瑟・C・科普奖(Arthur C. Cope Award)、2002年四面体奖(Tetrahedron Prize)、美国化学会奖(ACS Award)等

Nicolaou的童年

这位科学界的巨匠,有一段并不平坦的成长历程。1946年,Nicolaou 出生在塞浦路斯,作为家里最大的孩子,K.C.Nicolaou教授很小就开始干农活,他种橘子、种柠檬,有时候还送牛奶。欢迎关注化学宝库。后来,15岁的他离开家来到大城市,在叔叔家的面包店打工。少年的他学会了做各式面包,长条的,小的,也在叔叔的支持下完成了高中学业。从小就喜爱学习的他,在高中阶段遇到了对他一生影响重大的化学老师。“他是个博士,非常聪明、勤奋,对16岁的我激励很大。我当时就想长大后要成为他那样的人。”K.C.Nicolaou教授回忆道。

后来K.C.Nicolaou教授拿到奖学金得到了去英国念大学的机会,他非常珍惜。“当时我英语并不流利,于是我一边练习语言,一边在快餐店打工。我炸过薯条和鱼,那时我每星期要做9次兼职。”就是在这样的情况下,K.C.Nicolaou教授完成了大学学业,并坚持不懈,步步深造,终成大家。

19岁的Nicolaou

2013年,K.C.Nicolaou教授在接受重庆大学采访时表示,“我觉得我的经历可以告诉现在的年轻人,找到一个适合你的东西,然后坚持下去,才会有所成就。”当记者请K.C.Nicolaou教授对青年学子,特别是家庭贫困的学子提点建议时,他想了想说了这么一段话:“我自己的个人经历就是一个好例子,在大学里你可以做兼职,一般学校也会给你提供一些帮助,但自身一定要勤奋、努力。我的经历希望对这些青年学子有帮助。”K.C.Nicolaou教授还表示,他本人也可以为重大的贫困学子提供帮助,例如为他们买英文原版专业书。

“桃李满天下”

在这些年里,Nicolaou教授培养了数以百计的优秀化学家,他们在多个国家的企业界及学术界任职,不少做出了相当杰出的贡献,老先生可以说是真正的“桃李满天下”,包括Scripps的Phil S. Baran、哥伦比亚大学的Scott Snyder、普林斯顿大学的E. J. Sorensen、九州大学药学院的Takashi Ohshima等。国内的有北大化学院的杨震教授、香港科技大学戴伟民教授、清华大学药学院唐叶峰教授、上海有机所的李昂研究员和汤文军研究员、浙大化学系的丁寒锋教授、陕西师范大学的杨俊教授、华东师范大学化学系的姜雪峰教授等。

经典永流传

Nicolaou教授作为第一作者或合作者拥有超过1400多篇科研文章、综述文章、书本章节,专利,多本专著。有机合成化学人士必读的一篇综述。是《The art of science of total synthesis》,这篇综述写于2000年,由K. C. Nicolaou教授及其弟子D. Vourloumis、N. Winssinger以及Phil S. Baran撰写,长达78页,回顾了整个天然产物全合成的发展史,并为新时期的天然产物全合成做出了展望。

《Classics in Total Synthesis I-III》(译为《全合成中的经典》)、《Molecules that Changed the World》(译为《改变世界的分子》)是Nicolaou教授的得意之作,在有机化学界广为传播。

有机化学界的“西毒”K. C. Nicolaou  第4张


一本好书决定一个人的研究方向 

2009年的时候,Nicolaou曾应邀至药明康德做了一场讲座,当时不少人一直站到讲座结束还舍不得离开。Nicolaou向年轻的科研人员展示了多种最具挑战性的生物活性天然产物的合成方法及战略,重点强调了在复杂的天然产物合成过程中新的催化过程及级联序列的设计与开发。针对提问,他一一回答,现场气氛轻松,没有想象中的拘谨和严肃。

好问、勤奋的中国年轻人给他留下了深刻的印象,他的研究组里也不乏中国学生的身影。Nicolaou毫不掩饰对他们的赞美:“他们问了很多很好的问题,很聪明,对科学充满热情,用心思考。”Nicolaou告诫年轻学生,首先要发现己之所长,发现自己的潜能,剩下的就是投入激情、努力和奉献精神。

一名大四学生无意中看到了它,很感兴趣,“书非借不能读也。”于是这个学生把全书复印了一遍,每天坚持看,后来发现少了1页。“不能接受,一定要补全!”经过艰难的搜索,这个学生好不容易复印到了散失的那页。欢迎关注化学宝库。后来,他又从图书馆复印了《Classics in Total Synthesis II》。认真看完便决定自己读研的方向就是“全合成”。他在博客里写道:“别看书上写出来的是那么简单而有逻辑,其实那都是建立在无数次失败、无限的知识基础、非常逻辑的分析上得到的最后结果。我有多少知识?有多少逻辑性?能承受几次失败?虽有压力,我的兴趣依然没变。”

一本书,就这样决定了一个学生的研究方向。

最欣赏阿基米德,也非常敬佩伍德沃德

Nicolaou在2003年发表于Org. Biomol. Chem(DOI: 10.1039/B301552C )上的一篇Profile说:我最钦佩的科学家是定义原子理论的Demokritos和在许多领域都是真正天才的阿基米德。但是我也非常敬佩在全合成领域的杰出大师伍德沃德(RB Woodward)。我的尊敬和敬意也延伸到我的导师身上,他们向我展示了教育和研究的全部内容以及如何将火炬传递给下一代。

“不怕实验室有毒的化学试剂,因为我有长寿基因”

在Nicolaou看来,每合成一个分子都需要做立体分子模型。这些或长或短、或直或弯的分子模型,就像一个个艺术品。有机全合成化学以其严谨性和精确性成为一门完美的艺术科学,Nicolaou就是这个领域的艺术家。

全合成工作是严谨的,但Nicolaou并非不苟言笑之人。整个采访过程充满笑声,这个可爱的老人会拿起笔,在记者的采访本上认真写下复杂化合物的英文名。他还告诉记者,自己的祖母活了110岁,他有长寿基因,因此不惧怕实验室里那些粘着骷髅头标志的化学试剂

总之,Nicolaou教授对复杂天然产物的全合成化学的提升和发展做出了杰出的贡献,当今世界,像Nicolaou教授这样对化学、生物学以及药学事业的发展做出如此巨大贡献的科学家的确为数不多。由于他的不懈努力,有机全合成化学正在其它的化学领域、生物学领域和药物学领域扮演着愈来愈重要的角色。


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