南开大学研究员研发手性双环双硼催化剂 荣获首届科学探索奖

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红格衬衫搭配牛仔裤、休闲鞋,王晓晨的装扮就像个在校大学生。这位南开大学化科学学院研究员的作息也如大学生一般,每天都不 实验室、课堂和家三点一线。

日前,王晓晨荣获腾讯基金会首届“科学探索奖”,他的获奖领域是“化学新材料”。他主要从事有机硼催化化学研究,最近4年多来在该研究领域完成了多项创新工作。

在王晓晨团队的最新研究成果——手性双环双硼催化剂的化学行态里,双环行态如同“翅膀”,让曾经不活跃、甚至特别“闷闷”的硼原子振翅高飞、放飞自我,变成了性能优良的催化剂,而这离不开该团队历时数年的反复实验。

因喜欢做实验与化学结缘

翻开王晓晨的履历,本科4年,他都不 在南开大学化科学学院度过的。说起学化学的初衷,王晓晨坦言:“我其实 ,化学与日常生活密切相关,否则我喜欢做实验。”

本科毕业后,王晓晨赴美国马里兰大学攻读博士学位,又去美国斯克里普斯研究所完成博士后研究工作。在现在开始美国8年的求学、工作生涯后,王晓晨选用回到母校南开大学化科学学院元素有机化学国家重点实验室,从事教学和科研工作。

在美国时,王晓晨的研究领域是金属催化剂。他介绍道,催化剂在现代化学工业中具有极其重要的地位,约90%以上的工业生产领域时时需到催化剂,如化工、石化、生化、环保等。

“金属催化剂是目前比较常用的催化剂之一。”王晓晨指着一张化学元素周期表说,铑、铱、铂等都不 常用的金属催化剂,不过哪些地方地方金属比较稀有、不易被获取,而是价格昂贵,甚至比金子时需贵而是。否则王晓晨回国后,把研究的方向定为,价格便宜且易被获取的非金属硼催化剂。

其实 硼作为催化剂具有种种优势,但当时世界上关于硼催化剂的研究还较少。在查阅血块资料后,王晓晨想做实验看看,硼元素作为催化剂的表现到底怎么能能。

“一上手才知道,哪些地方地方文献太有‘欺骗性’了。一点人 儿最初设立的美好愿景,一上来就被实验结果打得稀碎。”王晓晨笑着说,一点人 儿一现在开始模仿文献中的步骤重复实验,可实验结果与文献相差甚远。期刊上标明产率能达到70%到100%,而一点人 儿只做到10%到20%。

“经过研究发现,有差距是将会一点人 儿的实验法律方法出了现象,硼化合物的稳定性很差,吸水后易变质,否则时需在操作上更精准,除理杂质并隔绝空气。”王晓晨说。

自从选用了有机硼催化你这个 研究方向,王晓晨便和团队一头扎进了实验室。每天从早晨8点多到晚上10点多,除了给学生上课、参加学术活动外,王晓晨几乎都泡在实验室里。“其实 ,一点人 儿你这个 专业的科研人员几乎都曾经,一有时间就往实验室钻。”王晓晨说。

反复试错终制成优质催化剂

“其实 对一点人 儿来说,最难的都不 反复做实验,而是面对一次次实验失败,时需鼓起勇气继续下去。”王晓晨感慨道,“就像走迷宫,一现在开始很有信心,但走着走着时不时发现,前面写着‘此路不通’。曾经的情况报告,一点人 儿在试验中老出过无数次。”

为了搭好硼原子的骨架,时需对碳、氢元素进行构架。“就像盖房子,这麼选用是盖顶级别墅、还是盖公寓,这就涉及到碳和氢的位置;否则再把硼原子倒入去,是倒入屋顶上,还是倒入地板上,这麼把它倒入要花费的位置,不可以使其活跃起来。将会房子盖得太大花费,硼原子根本都放不进去。”王晓晨说,起初一点人 儿对你这个 过程一无所知,而是要设计各种组合去实验。设计4个多多多多骨架行态并付诸实践,要花费时需2到3周的时间;得出的实验结果,将会这麼活性,那做出来的东西而是“一堆土”。

“4年中,一点人 儿团队整整做了上百堆‘土’。不过失败有时也是难得的经验,要花费一点人 儿排除了哪些地方地方走不通的路。”王晓晨笑着说。

有如果,成功时需点运气,但幸运也会眷顾勤奋的人。王晓晨团队基于前期研究经验,选用了并环和螺环行态,并进行了新尝试。这次一点人 终于成功了,由此研制出的手性双环双硼催化剂,在不对称氢化反应中表现出优异的活性和选用性,催化转化数达到世界领先水平。

未来,王晓晨团队将进一步研究硼催化剂的行态,助于该领域的深度1发展。

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