華人化学家

流动技术与有机化学巧妙融合・探索合成自动化的新模式 —吴杰教授

本文作者:石油醚

非有机化学领域的朋友谈起有机化学的时候,大部分人会想到制药、农药、化妆品等多个行业。在有机化学的发展过程中,化学反应大部分都是在烧瓶或者其他类似的反应容器中进行。正是这些神奇的烧瓶,使得有机化学领域诞生了众多伟大的诺奖级反应,完成了一个又一个鬼斧神工般的分子全合成。在有机化学家们攀登科研的最高峰的时候,他们甚至忘记了携带一根拐杖,靠着一个又一个烧瓶,征服着各个山头。然而烧瓶并不完美,整个科研过程投入了大量的人力对反应进行检测和后处理;同时也因设备规格和研究者的实验习惯,许多反应难以重复或者实现。近年来,科学家们发展了流动化学(Flow chemistry)技术,是一种在连续流动的流体中进行的化学反应的技术。反应物被泵入一个混合装置中,然后流至温度受控的管路、管道或者微结构反应器中直至反应完成。流动化学具有很多烧瓶不具备的优点:1)时间可视可控;2) 混合效应强,重现性好;3)操作空间更广(高温高压);4)热传导高,光透性好;5)安全;6)易放大,自动化程度高等等。

流动合成化学

本期专访的吴杰教授是由南佛罗里达大学史晓东教授推荐的。当我打开吴杰教授的主页时,首先映入眼帘的是吴教授小组自制的一张动画,它深深的吸引了我,形象生动的介绍了吴教授小组的在使用流动化学技术来在有机合成这个无边无际领域来探索,使用先进的流动技术来实现原本困难甚至无法进行的化学反应,并开发新的化学策略实现多步合成的自动化,为传统有机合成以外的领域提供机会。

以下是吴杰教授的专访内容:

  1. 是什么样的机缘让您选择了化学(科学)研究?

我不是很喜欢微积分,所以不想学数学相关的专业。高考填志愿的时候第一学科志愿填的是资环,但是因为高考分数差了几分,到了第二学科志愿北师大化学系。我觉得化学是在分子层面的建筑师,觉得很酷。记得有一次林国强老师到北师大来做了一个全合成的讲座,当时觉得太酷了,这分明就是艺术,然后就憧憬将来也要做全合成。后来本科毕业以后拿到波士顿大学的全奖,从事了全合成的学习,才体会到其中的乐趣与艰辛。之后在麻省理工博士后阶段接触到流动合成。但是化学家们好像普遍觉得流动合成就是一个放大生产的技术,没有太多科学问题在里面。我觉得每一次人类历史的革命都伴随着技术的革新,科学的革命也应该是这样的。所以我对一些新的合成技术比较感兴趣,也希望能够运用这些技术去发现和解决新的科学问题。

  1. 如果不从事化学(科学),还有什么想做的?为什么?

如果不从事化学科研,我应该会去当个老师,然后办个培训机构。受北师大的校训“学为人师,行为世范”影响,觉得老师的给与和奉献都是一件很快乐的事情。

北京师范大学校训(图来自网络)

  1. 现在在做哪方面的研究?另外,准备在这块如何展开?

我们课题组目前主要有两个方面的研究,都是基于流动合成技术。一方面我们希望利用流动合成技术去实现一些常规反应釜里很难实现的反应,比如涉及气体的反应,光照反应等等。一方面我们希望利用流动合成实现合成自动化,能达到3D 打印分子的效果。未来几年课题组应该还是会基于这两个出发点去设计课题,解决科学问题。

吴杰教授研究方向(图来自吴教授课题组)

  1. 请告诉我们对您人生影响最大的一个人是谁?为什么?

母亲。教会了我善良,正直,坚韧,和感恩。

  1. 如果能和历史上的某一个人共进晚餐的话,您最希望是谁?为什么

诺贝尔。想问问他知道诺贝尔奖是人类科研领域最高荣誉之后他有什么感想。

诺贝尔(图来自网络)

  1. 在您人生中最艰难的一段时间发生在什么时候,怎么克服的?

博士一年级吧,从一个欢乐青葱的大学校园突然转变到集上课教书科研于一体的美国全合成实验室。实验室有10年分子做不出毕不了业的先例。我的坚韧和专注在这一年得到了质的飞跃。

  1. 您平时喜欢吃什么?(如果是菜肴的话在哪里吃的最好吃?)

我大学的时候同学叫我“牛蛙杀手”。到了新加坡以后喜欢吃海鲜,这边海鲜真不错。

  1. 自我评价一下自己最大的优点和最头疼的缺点是什么?

优点是坚韧。缺点是不想过得太辛苦。

  1. 平时工作以外的时间,您都做些什么?(或者回答我们如果现在突然您意外得到一周的假期,您会用它来干什么?)

和家人出去旅游,看看世界的奇妙,当好我女儿的摄影师。

  1. 就您目前对您领域的了解,还有哪些瓶颈没有解决,希望您可以提出瓶颈的问题?

1)如何解决流动合成中固体兼容性的问题。

2)如何用流动合成装置快速筛选诸如溶剂,催化剂等反应条件。

3)如何真正实现有机小分子甚至是大分子的3D打印。

11.在您领域目前最大的突破或者能在未来获得诺贝尔化学奖的成果是?

目前还没有,如果将来能真正实现分子3D打印和生物串联,可能有希望。

  1. 12.下一次您推荐我们采访谁。(此问题回答仅限中国的化学家以及在海外的华人化学家)。

朱晨(苏州大学)

笔者后记

之前虽然听过流动化学(Flow Chemistry),但是一直把它叫做流态化学。对吴老师在流动化学领域做出的工作,让我对这个领域有了更加深刻的了解和思考。拜托吴教授为Chem-Station写专访时,吴老师很认真的回答了专访的问题。最后希望吴老师可以应用流动化学技术,实现有机分子的3D打印,并将其工业化。

吴杰教授简历

2002-2006 北京师范大学,化学系,学士

2006-2012 波士顿大学,化学系,博士(Prof. James S. Panek);

2012-2015 麻省理工学院,博士后(Prof. Timothy F. Jamison and T. Alan Hatton);

2015-2015 Snapdragon Chemistry, Inc. Boston, Senior research scientist

2015-     新加坡国立大学,助理教授

荣誉与奖励

Young Scientist Award, Faculty of Science, NUS, 2020

CJS (The Chemical Society of Japan) Distinguished Lectureship Award, 2020

Thieme Chemistry Journal Award, 2019

Young Chemist Award, Department of Chemistry, 2018

Asian Core Program Lectureship Award, 2017-2019

4th Green&Sustainable Manufacturing Award, The GSK-Singapore Partnership, 2017

SkolTech Postdoctoral Fellow, Massachusetts Institute of Technology, 2013-2014

相关链接

吴杰教授课题组主页:1)新加坡国立大学;2)X-MOL;3)Synform

新加坡国立大学吴杰博士课题组近年来工作进展

NUS吴杰课题组Nat. Chem.:连续流合成与固相合成相结合实现小分子药物的自动化合成与衍生

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