林松:电化学取代传统制药路径,发现“过去十年最有价值反应” | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏

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林松:电化学取代传统制药路径,发现“过去十年最有价值反应” | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏
麻省理工科技评论 2020-02-07

2020-02-07

林松凭借其在电化学领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主
35岁以下科技创新35人
林松凭借其在电化学领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技评论》公布了 2019 年“35 岁以下科技创新 35 人”(Innovators Under 35 China)中国区榜单。在本届榜单上,虽然缺失了“创业家”的身影,但是我们看到了许多在具有产业化潜能的领域坚持科研使命的获奖人,也看到更多散布在海外顶尖学术机构的科学家们,用自身不改初心的坚持努力,取得了世界级标竿成就的科研成果,其中有超过半数以上的获奖者,都取得了世界级的突破性研究成果与发现。我们将陆续发出对 35 位获奖者的独家专访,介绍他们的科技创新成果与经验,以及他们对科技趋势的理解与判断。

关于 Innovators Under 35 China 榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35 岁以下科技创新 35 人”榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017 年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届 2020 年度榜单正在征集提名与报名,截止时间 2020 年 6 月 30 日。详情请见文末。

林松:电化学取代传统制药路径,发现“过去十年最有价值反应”

林松

发明家

林松凭借其在电化学领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主。

获奖时年龄:33 岁

获奖时职位:美国康奈尔大学助理教授兼米皓文研究员获奖理由:他用电化学取代传统制药路径,发现“过去十年最有价值反应”。

电化学是一门化学分支学科,专门研究电子和离子导体形成的接界面上带电和电子转移。它已在能源领域大放异彩,近年来在合成领域也显示出重要性:孟山都等企业发明的电化学合成尼龙方法,已被某些公司采用,代替会产生有毒中间体的传统方式。

在电化学研究中,找到高效的催化剂始终是重点。而康奈尔大学助理教授林松博士,做出的两项杰出研究引发了同行关注:

在能源领域,人们始终在尝试将二氧化碳高效转化为甲烷等碳燃料。而林松团队发明的新型有机催化剂,将钴卟啉聚合成多孔材料,在转化效率、催化剂稳定性和产物纯度上均大幅提升。

在制药领域,重要分子结构邻二胺的传统化学合成不仅试剂成本高、高污染,而且合成路径复杂。林松团队则发明了一种制备邻二胺的电化学反应和相关催化剂,被《科学》杂志给予高度评价。

能踏入这些领域,林松表示有很大的戏剧性。他在博士期间从事有机合成研究,来到美国加州大学伯克利分校读博士后,开始关注将电化学应用在能源方面。当时,学校内另一项目组恰好在研究利用多孔材料吸附二氧化碳,然后深埋地下来减少温室气体。而林松研究的是二氧化碳的催化还原反应。他开始尝试将这两种研究结合起来。

多孔材料虽然能高效地将二氧化碳吸附到结合位点,但结构本身不具有催化能力。林松则试图找到一种有机小分子,本身具有催化官能团,聚合后恰好是多孔材料。“这需要特别的设计,就像搭积木一样,不只是化学问题,也是几何问题。”

最终,林松团队将一种名为钴卟啉的分子连接在一起,形成被称为共价有机骨架的多孔材料。它具有 90% 的法拉第效率、29 万次的周转次数,活性相较传统分子络合物提高了 26 倍。

对此《科学》杂志评论说,“如果各个国家想重新利用化石燃料,并避免更多二氧化碳排放到空气中,这种催化剂将是必不可少的。”

来到康奈尔大学后,林松的兴趣开始转向药物合成领域。人们当时很少利用电化学进行药物合成,而林松试图将烯烃转化为其他材料,发现了一个能合成邻二胺的电化学反应。邻二胺这种结构在生物和制药中普遍存在,但传统的化学合成路径复杂,试剂昂贵且高污染,由此,让电化学合成有了用武之地。

早先已有研究发现,锰卟啉能催化合成邻二胺结构中的碳氮键,但锰卟啉在反应中并不稳定。戏剧性的是,林松发现,锰卟啉在反应中会分解成溴化锰,而它才是反应的真正催化剂。以此为基础,林松团队设计出邻二胺合成的电化学路径。

此项研究发表在《科学》和《自然-实验室指南》杂志上,论文审稿人称赞说,“这无疑是过去十年来最令人兴奋、最有应用价值的电化学转化反应。”

值得一提的是,林松在研究中就十分注意能否应用于产业。“有实验室成果不意味着能工业化制造。”以邻二胺的电化学合成为例,其大量制造需要比较特殊的反应釜,需要后续的工程研究。林松已经在积极推动制作样本产品,未来和制药公司合作测试以后,他可能会围绕这个产品创业。

林松告诉《麻省理工科技评论》中国,未来,这些成果固然能给能源和制药公司带来极大利益,但它们更广泛的意义在于减少化学合成的污染物,以及减少全球碳排放。对于科技创新,林松强调,很多研究虽然最初并不能直接应用于产业,但从长远来看,新科技对社会的正面影响是无法估量的。

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