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有機(jī)合成一代宗師——K. C. Nicolaou教授

發(fā)布時(shí)間:2021-09-01

在眾多杰出的有機(jī)全合成化學(xué)家當(dāng)中,K. C. Nicolaou 無(wú)疑是該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物。因?yàn)槊质鬃帜缚s寫(xiě)為K.C.N.,故調(diào)皮者稱(chēng)之為有機(jī)化學(xué)界的“西毒”(KCN)。

凌晨捷報(bào)
1994年某天凌晨,睡夢(mèng)中的Nicolaou被電話(huà)吵醒,是他的學(xué)生打來(lái)的?!罢?qǐng)您務(wù)必現(xiàn)在來(lái)實(shí)驗(yàn)室!”“我很困,有事不能等天亮嗎?”對(duì)方的聲音焦急而興奮:“也許,我們合成了taxol(紫杉醇)!”Nicolaou一下子睡意全無(wú):“我5分鐘內(nèi)趕到!”,

據(jù)說(shuō),2個(gè)小時(shí)后論文寫(xiě)好寄出。15年后,再次回憶起這一幕,Nicolaou臉上依然浮現(xiàn)著幸福的微笑,而當(dāng)年那個(gè)半夜打出電話(huà)的學(xué)生就是當(dāng)今國(guó)內(nèi)的全合成大牛、北京大學(xué)楊震教授。在Nicolaou眼里,這個(gè)需要與毒性試劑密切接觸、需要面對(duì)無(wú)數(shù)次失敗的工作,雖然枯燥卻充滿(mǎn)樂(lè)趣。

K . C. Nicolaou課題組的Taxol合成團(tuán)隊(duì)

上世紀(jì)80年代初,人們發(fā)現(xiàn)從太平洋紫杉樹(shù)皮中提取的紫杉醇有很好的抗癌療效,但這種天然產(chǎn)物產(chǎn)量極為有限,紫杉醇的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)也特別復(fù)雜,使得紫杉醇的全合成工作特別困難,引起世界眾多有機(jī)化學(xué)家的興趣。當(dāng)時(shí)世界各大公司、著名的研究室,都在紛紛競(jìng)爭(zhēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)分子的全合成。1992年楊震在香港中文大學(xué)黃乃正院士的推薦下來(lái)到美國(guó)斯克利普斯研究所追隨當(dāng)時(shí)合成化學(xué)界的一代宗師尼克勞(Nicolaou)教授讀博,也正好趕上這個(gè)末班車(chē)。

后共有30多個(gè)研究組參與研究,化學(xué)家們投入大量人力和財(cái)力進(jìn)行了幾十萬(wàn)次實(shí)驗(yàn),實(shí)屬罕見(jiàn)。而Nicolaou教授指導(dǎo)下紫杉醇合成的成功,在有機(jī)化學(xué)和抗腫瘤藥物研發(fā)領(lǐng)域意義非凡。1994年2月17日,Nature雜志首先報(bào)道了taxol的全合成。


Nature1994367, 630)

Nicolaou課題組的Taxol合成策略如下:通過(guò)DA反應(yīng)構(gòu)建了A環(huán)和C環(huán)兩個(gè)六元環(huán),然后先通過(guò)Shapiro反應(yīng)連接AC兩個(gè)片段,最后通過(guò)MuMurry反應(yīng)關(guān)上八元環(huán)。這是一則非常精彩的全合成,是K. C. Nicolaou教授的經(jīng)典作品之一,楊震這個(gè)名字也因此被很多人熟悉起來(lái)。


取得這個(gè)成就足以令人自豪,不過(guò),Nicolaou依然醉心于事業(yè)。過(guò)去的30多年,Nicolaou教授以其驚人的毅力、膽略和勇氣合成了眾多結(jié)構(gòu)新穎的復(fù)雜天然產(chǎn)物,,例如兩性霉素B(Amphotericin B)、西羅莫司(Sirolimus)、紫杉醇(Taxol)、萬(wàn)古霉素(Vancomycin)等等。其中每一個(gè)分子合成中的精妙之處都體現(xiàn)了Nicolaou教授在全合成化學(xué)領(lǐng)域的極深造詣。他的科學(xué)精神始終鼓舞著新一代合成化學(xué)家滿(mǎn)懷激情地投身到全合成化學(xué)的研究行列。


K. C. Nicolaou教授。圖片來(lái)源:Rice University


Nicolaou 教授簡(jiǎn)介

K. C. Nicolaou教授,全名Kyriacos Costa Nicolaou。1969-1972年,以第一名的榮譽(yù)在Bedford College獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位;1972-1973年,獲得英國(guó)University College博士學(xué)位, 師從F. Sondheimer教授和P. J. Garratt教授;1972-1973年,他在哥倫比亞大學(xué)進(jìn)行博士后研究,師從E. J. Kazt教授;1973-1976年,在哈佛大學(xué)進(jìn)行博士后研究,師從諾貝爾獎(jiǎng)獲得者 E. J. Corey教授。先后在賓夕法尼亞大學(xué)、加州大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)、斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute,TSRI)任職教授。2013年起,Nicolaou教授轉(zhuǎn)到美國(guó)萊斯大學(xué)(Rice University)任職。被選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士、美國(guó)科學(xué)發(fā)展促進(jìn)會(huì)會(huì)士、雅典科學(xué)院外籍院士等,獲得了非常非常多的化學(xué)領(lǐng)域獎(jiǎng)項(xiàng),如 2016年沃爾夫化學(xué)獎(jiǎng)(Wolf Prize in Chemistry)、2005年阿瑟?C?科普獎(jiǎng)(Arthur C. Cope Award)、2002年四面體獎(jiǎng)(Tetrahedron Prize)、美國(guó)化學(xué)會(huì)獎(jiǎng)(ACS Award)等。


多年后的E. J. Corey教授和K. C. Nicolaou教授

Nicolaou的童年
這位科學(xué)界的巨匠,有一段并不平坦的成長(zhǎng)歷程。1946年,Nicolaou 出生在塞浦路斯,作為家里最大的孩子,K.C.Nicolaou教授很小就開(kāi)始干農(nóng)活,他種橘子、種檸檬,有時(shí)候還送牛奶。后來(lái),15歲的他離開(kāi)家來(lái)到大城市,在叔叔家的面包店打工。少年的他學(xué)會(huì)了做各式面包,長(zhǎng)條的,小的,也在叔叔的支持下完成了高中學(xué)業(yè)。從小就喜愛(ài)學(xué)習(xí)的他,在高中階段遇到了對(duì)他一生影響重大的化學(xué)老師?!八莻€(gè)博士,非常聰明、勤奮,對(duì)16歲的我激勵(lì)很大。我當(dāng)時(shí)就想長(zhǎng)大后要成為他那樣的人?!盞.C.Nicolaou教授回憶道。
后來(lái)K.C.Nicolaou教授拿到獎(jiǎng)學(xué)金得到了去英國(guó)念大學(xué)的機(jī)會(huì),他非常珍惜。“當(dāng)時(shí)我英語(yǔ)并不流利,于是我一邊練習(xí)語(yǔ)言,一邊在快餐店打工。我炸過(guò)薯?xiàng)l和魚(yú),那時(shí)我每星期要做9次兼職?!本褪窃谶@樣的情況下,K.C.Nicolaou教授完成了大學(xué)學(xué)業(yè),并堅(jiān)持不懈,步步深造,終成大家。


19歲的Nicolaou

2013年,K.C.Nicolaou教授在接受重慶大學(xué)采訪時(shí)表示,“我覺(jué)得我的經(jīng)歷可以告訴現(xiàn)在的年輕人,找到一個(gè)適合你的東西,然后堅(jiān)持下去,才會(huì)有所成就。”當(dāng)記者請(qǐng)K.C.Nicolaou教授對(duì)青年學(xué)子,特別是家庭貧困的學(xué)子提點(diǎn)建議時(shí),他想了想說(shuō)了這么一段話(huà):“我自己的個(gè)人經(jīng)歷就是一個(gè)好例子,在大學(xué)里你可以做兼職,一般學(xué)校也會(huì)給你提供一些幫助,但自身一定要勤奮、努力。我的經(jīng)歷希望對(duì)這些青年學(xué)子有幫助?!盞.C.Nicolaou教授還表示,他本人也可以為重大的貧困學(xué)子提供幫助,例如為他們買(mǎi)英文原版專(zhuān)業(yè)書(shū)。


“桃李滿(mǎn)天下”

在這些年里,Nicolaou教授培養(yǎng)了數(shù)以百計(jì)的優(yōu)秀化學(xué)家,他們?cè)诙鄠€(gè)國(guó)家的企業(yè)界及學(xué)術(shù)界任職,不少做出了相當(dāng)杰出的貢獻(xiàn),老先生可以說(shuō)是真正的“桃李滿(mǎn)天下”,包括Scripps的Phil S. Baran、哥倫比亞大學(xué)的Scott Snyder、普林斯頓大學(xué)的E. J. Sorensen、九州大學(xué)藥學(xué)院的Takashi Ohshima等。國(guó)內(nèi)的有北大化學(xué)院的楊震教授、香港科技大學(xué)戴偉民教授、清華大學(xué)藥學(xué)院唐葉峰教授、上海有機(jī)所的李昂研究員和湯文軍研究員、浙大化學(xué)系的丁寒鋒教授、陜西師范大學(xué)的楊俊教授、華東師范大學(xué)化學(xué)系的姜雪峰教授等。




經(jīng)典永流傳

Nicolaou教授作為第一作者或合作者擁有超過(guò)1400多篇科研文章、綜述文章、書(shū)本章節(jié),專(zhuān)利,多本專(zhuān)著。有機(jī)合成化學(xué)人士必讀的一篇綜述。是《The art of science of total synthesis》,這篇綜述寫(xiě)于2000年,由K. C. Nicolaou教授及其弟子D. Vourloumis、N. Winssinger以及Phil S. Baran撰寫(xiě),長(zhǎng)達(dá)78頁(yè),回顧了整個(gè)天然產(chǎn)物全合成的發(fā)展史,并為新時(shí)期的天然產(chǎn)物全合成做出了展望。


《Classics in Total Synthesis I-III》(譯為《全合成中的經(jīng)典》)、《Molecules that Changed the World》(譯為《改變世界的分子》)是Nicolaou教授的得意之作,在有機(jī)化學(xué)界廣為傳播。


《全合成中的經(jīng)典》三部曲


《改變世界的分子》

一本好書(shū)決定一個(gè)人的研究方向 
2009年的時(shí)候,Nicolaou曾應(yīng)邀至藥明康德做了一場(chǎng)講座,當(dāng)時(shí)不少人一直站到講座結(jié)束還舍不得離開(kāi)。Nicolaou向年輕的科研人員展示了多種最具挑戰(zhàn)性的生物活性天然產(chǎn)物的合成方法及戰(zhàn)略,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了在復(fù)雜的天然產(chǎn)物合成過(guò)程中新的催化過(guò)程及級(jí)聯(lián)序列的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。針對(duì)提問(wèn),他一一回答,現(xiàn)場(chǎng)氣氛輕松,沒(méi)有想象中的拘謹(jǐn)和嚴(yán)肅。
好問(wèn)、勤奮的中國(guó)年輕人給他留下了深刻的印象,他的研究組里也不乏中國(guó)學(xué)生的身影。Nicolaou毫不掩飾對(duì)他們的贊美:“他們問(wèn)了很多很好的問(wèn)題,很聰明,對(duì)科學(xué)充滿(mǎn)熱情,用心思考?!盢icolaou告誡年輕學(xué)生,首先要發(fā)現(xiàn)己之所長(zhǎng),發(fā)現(xiàn)自己的潛能,剩下的就是投入激情、努力和奉獻(xiàn)精神。
一名大四學(xué)生無(wú)意中看到了它,很感興趣,“書(shū)非借不能讀也?!庇谑沁@個(gè)學(xué)生把全書(shū)復(fù)印了一遍,每天堅(jiān)持看,后來(lái)發(fā)現(xiàn)少了1頁(yè)。“不能接受,一定要補(bǔ)全!”經(jīng)過(guò)艱難的搜索,這個(gè)學(xué)生好不容易復(fù)印到了散失的那頁(yè)。后來(lái),他又從圖書(shū)館復(fù)印了《Classics in Total Synthesis II》。認(rèn)真看完便決定自己讀研的方向就是“全合成”。他在博客里寫(xiě)道:“別看書(shū)上寫(xiě)出來(lái)的是那么簡(jiǎn)單而有邏輯,其實(shí)那都是建立在無(wú)數(shù)次失敗、無(wú)限的知識(shí)基礎(chǔ)、非常邏輯的分析上得到的最后結(jié)果。我有多少知識(shí)?有多少邏輯性?能承受幾次失???雖有壓力,我的興趣依然沒(méi)變?!?/span>
一本書(shū),就這樣決定了一個(gè)學(xué)生的研究方向。
最欣賞阿基米德,也非常敬佩伍德沃


Nicolaou在2003年發(fā)表于Org. Biomol. Chem(DOI: 10.1039/B301552C )上的一篇Profile說(shuō):我最欽佩的科學(xué)家是定義原子理論的Demokritos和在許多領(lǐng)域都是真正天才的阿基米德。但是我也非常敬佩在全合成領(lǐng)域的杰出大師伍德沃德(RB Woodward)。我的尊敬和敬意也延伸到我的導(dǎo)師身上,他們向我展示了教育和研究的全部?jī)?nèi)容以及如何將火炬?zhèn)鬟f給下一代。


“不怕實(shí)驗(yàn)室有毒的化學(xué)試劑,因?yàn)槲?strong style="margin:0px;padding:0px;outline:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box !important;overflow-wrap:break-word !important;">有長(zhǎng)壽基因”



Janssen prize for CREATIVITY IN ORGANIC SYNTHESIS

在Nicolaou看來(lái),每合成一個(gè)分子都需要做立體分子模型。這些或長(zhǎng)或短、或直或彎的分子模型,就像一個(gè)個(gè)藝術(shù)品。有機(jī)全合成化學(xué)以其嚴(yán)謹(jǐn)性和精確性成為一門(mén)完美的藝術(shù)科學(xué),Nicolaou就是這個(gè)領(lǐng)域的藝術(shù)家。
全合成工作是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,但Nicolaou并非不茍言笑之人。整個(gè)采訪過(guò)程充滿(mǎn)笑聲,這個(gè)可愛(ài)的老人會(huì)拿起筆,在記者的采訪本上認(rèn)真寫(xiě)下復(fù)雜化合物的英文名。他還告訴記者,自己的祖母活了110歲,他有長(zhǎng)壽基因,因此不懼怕實(shí)驗(yàn)室里那些粘著骷髏頭標(biāo)志的化學(xué)試劑


大約1950年,年僅4歲的KC與他的弟弟和家人站在祖母面前

總之,Nicolaou教授對(duì)復(fù)雜天然產(chǎn)物的全合成化學(xué)的提升和發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn),當(dāng)今世界,像Nicolaou教授這樣對(duì)化學(xué)、生物學(xué)以及藥學(xué)事業(yè)的發(fā)展做出如此巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家的確為數(shù)不多。由于他的不懈努力,有機(jī)全合成化學(xué)正在其它的化學(xué)領(lǐng)域、生物學(xué)領(lǐng)域和藥物學(xué)領(lǐng)域扮演著愈來(lái)愈重要的角色。



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